酶工程的原理及发展
概述：
在生命活动中，构成新陈代谢以及生物体内的一切化学变化都是在酶的催化作用下进行的，可以说没有酶生命就不能进行下去。没有两个主要的特点：1，强大的催化能力；2，高度的专一性。酶的催化反应速率比其他相似的非酶催化反应速率高1010～1014倍，换句话说，5秒内能完成的反应，若无酶时则需要1500年才能完成。酶的高度转一性催化机制可以用“锁和钥匙模型”来解释。由于酶分子的空间结构，可以使酶分子形成特定形状的空穴，成为活性中心，犹如钥匙和锁一样发生催化反应。
关键字：蛋白质维生素氨基酸脂肪酸固醇脂类半乳聚糖矿物质生物催化剂荷尔蒙内切酶
○酶工程的介绍：
酶既可以催化一个反应的正反应，也可以催化其逆反应，但用上述内容就无法解释，而可以用“诱导契合模型”说明之。所谓的酶工程就是指酶制剂在工业上的大规模生产及利用。由于美不但广泛存在于动植物组织细胞中，而且也存在于微生物细胞中和他的培养基中，可通过各种理化反应方法把它提取出来，制成纯净的酶制剂，这种酶制剂保存了他的生物催化特性。不同种类的酶制剂可以借不同种类的微生物来制取。某些不同种类的微生物热可以生产出同一种酶制剂。
酶工程的主要研究内容有：酶的制备，酶和细胞的固定化，酶反应器的设计和放大，反应条件的设计和优化等。
酶工程的主要任务是：通过预先设计，经过人工操作加以控制，从而大量获得生产实践所需要的酶，并通过各种方法保持酶的稳定性，发挥其最大的催化功能。
酶催化反应的基本步骤：酶制剂得到后，应用酶的固定化技术将酶制剂精制成固态酶（固态），然后将其组装在特殊设计的器件当中（叫做生物反应器）中，利用这种反应器将原料（底物）转化为人类所需要的产品。例如，将天冬酰胺酶提纯，做成反应器，以富马酸为底物，则可以将富马酸转变成天冬氨酸，转化率达到百分之九十五以上，反应产物几乎是纯品。酶工程的实质：把酶或细胞直接应用于生物工程和化学工业的反应系统，其特点是转化率高，产品回收和提纯工艺简单，节约能源。酶工程的应用前景非常广阔。酶工程就是将酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能,借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的
一门科学技术。它包括酶制剂的制备,酶的固定化,酶的修饰与改造及酶反应器等方面内容。酶工程的应用，主要集中于食品工业，轻工业以及医药工业中。
酶是一种在生物体内具有新陈代谢摧化剂作用的蛋白质，酶工程就是利用酶摧化的作用。是指利用酶或者微生物细胞，动植物细胞，细胞器等，借助酶所具有推动功能，通过工程学的手段向人类提供产品或向社会提供服务的一门科学技术。酶工程的应用，主要集中于食品工业，轻工业以及医药工业中。
酶的特性及机理：
1、酶与无机催化剂比较：
⑴相同点：
①、改变化学反应速率，本身几乎不被消耗；
②、只催化已存在的化学反应；
③、加快化学反应速率，缩短达到平衡时间，但不改变平衡点；
④、降低活化能，使化学反应速率加快。5）都会出现中毒现象。
⑵、不同点：
①、高效性：酶的催化效率比无机催化剂更高，使得反应速率更快；
②、专一性：一种酶只能催化一种或一类底物，如蛋白酶只能催化蛋白质水解成多肽；
③、多样性：酶的种类很多，大约有4000多种；
④、温和性：是指酶所催化的化学反应一般是在较温和的条件下进行的。
⑤、活性可调节性：包括抑制剂和激活剂调节、反馈抑制调节、共价修饰调节和变构调节等。
一般来说，动物体内的酶最适温度在35到40摄氏度之间，植物体内的酶最适温度在40-50摄氏度之间；细菌和真菌体内的酶最适温度差别较大，有得酶最适温度可高达70摄氏度。动物体内的酶最适PH大多在6.5-8.0之间，但也有例外，如胃蛋白酶的最适PH为1.5，植物体内的酶最适PH大多在4.5-6.5之间。
酶的这些性质使细胞内错综复杂的物质代谢过程能有条不紊地进行，使物质代谢与正常的生理机能互相适应．若因遗传缺陷造成某个酶缺损，或其它原因造成酶的活性减弱，均可导致该
酶催化的反应异常，使物质代谢紊乱，甚至发生疾病．因此酶与医学的关系十分密切。
2、酶的发现
1773年，意大利科学家斯帕兰扎尼（1729—1799）设计了一个巧妙的实验：将肉块放入小巧的金属笼中，然后让鹰吞下去。过一段时间他将小笼取出，发现肉块消失了。于是，他推断胃液中一定含有消化肉块的物质。但是什么，他不清楚。
1836年，德国科学家施旺（1810—1882）从胃液中提取出了消化蛋白质的物质。解开胃的消化之谜。
1926年，美国科学家萨姆钠（1887—1955）从刀豆种子中提取出脲酶的结晶，并通过化学实验证实脲酶是一种蛋白质。
20世纪30年代，科学家们相继提取出多种酶的蛋白质结晶，并指出酶是一类具有生物催化作用的蛋白质。
20世纪80年代，美国科学家切赫（1947—）和奥特曼（1939—）发现少数RNA也具有生物催化作用。
3、酶的活力
酶活力单位：酶活力单位的量度。1961年国际酶学会议规定：1个酶活力单位是指在特定条件（25摄氏度，其它为最适条件）下，在1min 内能转化1μmol底物的酶量，或是转化底物中1μmol的有关基团的酶量。
比活:每分钟每毫克酶蛋白在25摄氏度下转化的底物的微摩尔数。比活是酶纯度的测量。
活化能:将1mol反应底物中所有分子由基态转化为过度态所需要的能量。活性部位:酶中含有底物结合部位和参与催化底物转化为产物的氨基酸残基部分。活性部位通常位于蛋白质的结构域或亚基之间的裂隙或是蛋白质表面的凹陷部位，通常都是由在三维空间上靠得很进的一些氨基酸残基组成。
5、酶活调节
竞争性抑制作用：通过增加底物浓度可以逆转的一种酶抑制类型。竞争性抑制剂通常与正常的底物或配体竞争同一个蛋白质的结合部位。这种抑制使Km增大而υmax不变。
非竞争性抑制作用: 抑制剂不仅与游离酶结合，也可以与酶-底物复合物结合的一种酶促反应抑制作用。这种抑制使Km不变而υmax变小。
反竞争性抑制作用: 抑制剂只与酶-底物复合物结合而不与游离的酶结合的一种酶促反应抑制作用。这种抑制使Km和υmax都变小但υmax/Km不变。
很大一类复杂的蛋白质物质,在促进可逆反应(如水解和氧化)方面起着像催化剂一样的作用。在许多工业过程中是有用的(如发酵、皮革鞣制及干酪生产)
酶是一种有机的胶状物质，由蛋白质组成，对于生物的化学变化起催化作用，发酵就是靠它的作用：～原。
三、几种特殊酶的介绍
1、同工酶
同工酶的概念：即同工酶是一类催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质和免疫原性各不相同的一类酶。它们存在于生物的同一种族或同一个体的不同组织，甚至在同一组织、同一细胞的不同细胞器中。至今已知的同工酶已不下几十种，如己糖激酶，乳酸脱氢酶等，其中以乳酸脱氢酶研究得最为清楚。人和脊柱动物组织中，有五种分子形式，它们催化下列相同的化学反应：五种同工酶均由四个亚基组成。LDH的亚基有骨骼肌型(M型)和心肌型(H型)之分，两型亚基的氨基酸组成不同，由两种亚基以不同比例组成的四聚体，存在五种LDH形式．
M、H亚基的氨基酸组成不同，这是由基因不同所决定。五种LDH中的M、H亚基比例各异，决定了它们理化性质的差别．通常用电冰法可把五种LDH分开，LDH1向正极泳动速度最快，而LDH5泳动最慢，其它几种介于两者之间，依次为LDH2、LDH3和LDH4，不同组织中各种LDH所含的量不同，心肌中以LDHl及LDH2的量较多，而骨骼肌及肝中LDH5和LDH4为主．不同组织中LDH同工酶谱的差异与组织利用乳酸的生理过程有关．LDH1和LDH2对乳酸的亲和力大，使乳酸脱氢氧化成丙酮酸，有利于心肌从乳酸氧化中取得能量。LDH5和LDH4对丙酮酸的亲和力大，有使丙酮酸还原为乳酸的作用，这与肌肉在无氧酵解中取得能量的生理过程相适应．在组织病变时这些同工酶释放入血，由于同工酶在组织器官中分布差异，因此血清同工酶谱就有了变化。故临床常用血清同工酶谱分析来诊断疾病。
2、别构酶
别构酶往往是具有四级结构的多亚基的寡聚酶，酶分子中除有催化作用的活性中心也称催化位点外；还有别构位点．后者是结合别构剂的位置，当它与别构剂结合时，酶的分子构象就会发生轻微变化，影响到催化位点对底物的亲和力和催化效率。若别构剂结合使酶与底物亲和力或催化效率增高的称为别构激活剂，反之使酶底物的r亲和力或催化效率降低的称为别构抑制剂。酶活性受别构剂调节的作用称为别构调节作用．别构酶的催化位点与别构位点可共处一个亚基的不同部位，但更多的是分别处于不同亚基上．在后一种情况下具催化位点的亚基称催化亚基，而具别构位点的称调节亚基。多数别构酶处于代谢途径的开端，而别构酶的别构剂往往是一些生理性小分子及该酶作用的底物或该代谢途径的中间产物或终产物。故别构酶的催化活性受细胞内底物浓度、代谢中间物或终产物浓度的调节。终产物抑制该途径中的别构酶称反馈抑制．说明一旦细胞内终产物增多，它作为别构抑制剂抑制处于代谢途径起始的酶，及时调整该代谢途径的速度，以适应细胞生理机能的需要。别构酶在细胞物质代谢上的调节中发挥重要作用。故别构酶又称调节酶。
3、修饰酶
体内有些酶需在其它酶作用下，对酶分子结构进行修饰后才具催化活性，这类酶称为修饰酶。其中以共价修饰为多见，如酶蛋白的丝氨酸，苏氨酸残基的功能基团-OH可被磷酸化，这时伴有共价键的修饰变化生成，故称共价修饰。由于这种修饰导致酶活力改变称为酶的共价修饰调节。体内最常见的共价修饰是酶的磷酸化与去磷酸化，此外还有酶的乙酰化与去乙酰化、尿苷酸化与去尿苷酸化、甲基化与去甲基化。由于共价修饰反应迅速，具有级联式放
大效应所以亦是体内调节物质代谢的重要方式。如催化糖原分解第一步反应的糖原磷酸化酶存在有活性和无活性两种形式，有活性的称为磷酸化酶a，无活性的称为磷酸化酶b，这两种形式的互变就是通过酶分子的磷酸化与去磷酸化的过程
4、多酶复合体与多酶体系
体内有些酶彼此聚合在一起，组成一个物理的结合体，此结合体称为多酶复合体。若把多酶复合体解体，则各酶的催化活性消失。参与组成多酶复合体的酶有多有少，如催化丙酮酸氧化脱羧反应的丙酮酸脱氢酶多酶复合体由三种酶组成，而在线粒体中催化脂肪酸β-氧化的多酶复合体由四种酶组成。多酶复合体第一个酶催化反应的产物成为第二个酶作用的底物，如此连续进行，直至终产物生成．
多酶复合体由于有物理结合，在空间构象上有利于这种流水作业的快速进行，是生物体提高酶催化效率的一种有效措施。
体内物质代谢的各条途径往往有许多酶共同参与，依次完成反应过程，这些酶不同于多酶复合体，在结构上无彼此关联。故称为多种酶靠非共价键相互嵌合催化连续反应的体系，称为多酶复合体（multienzyme complex）。。如参与糖酵解的11个酶均存在于胞液，组成一个多酶体系。
5、多功能酶
近年来发现有些酶分子存在多种催化活性，例如大肠杆菌DNA聚合酶I是一条分子质量为109kDa的多肽链，具有催化DNA链的合成、3’-5’核酸外切酶和5’-3’核酸外切酶的活性，用蛋白水解酶轻度水解得两个肽段，一个含5’-3’核酸外切酶活性，另一个含另两种酶的活性，表明大肠杆菌DNA聚合酶分子中含多个活性中心。哺乳动物的脂肪酸合成酶由两条多肽链组成，每一条多肽链均含脂肪酸合成所需的七种酶的催化活性。这种酶分子中存在多种催化活性部位的酶称为多功能酶或串联酶。多功能酶在分子结构上比多酶复合体②更具有优越性，因为相关的化学反应在一个酶分子上进行，比多酶复合体更有效，这也是生物进化的结果。
四、影响酶活力的因素
米契里斯和门坦根据中间产物学说推导出酶促反应速度方程式，即米-门公式①。由米门公式可知：酶促反应速度受酶浓度和底物浓度的影响，也受温度、pH、激活剂和抑制剂的影响。1．酶浓度对酶促反应速度的影响
从米门公式和酶浓度与酶促反应速度的关系图解可以看出：酶促反应速度与酶分子的浓度成正比。当底物分子浓度足够时，酶分子越多，底物转化的速度越快。但事实上，当酶浓度很高时，并不保持这种关系，曲线逐渐趋向平缓。根据分析，这可能是高浓度的底物夹带夹带有许多的抑制剂所致。
2．底物浓度对酶促反应速度的影响
在生化反应中，若酶的浓度为定值，底物的起始浓度较低时，酶促反应速度与底物浓度成正比，即随底物浓度的增加而增加。当所有的酶与底物结合生成中间产物后，即使在增加底物浓度，中间产物浓度也不会增加，酶促反应速度也不增加。
还可以得出，在底物浓度相同条件下，酶促反应速度与酶的初始浓度成正比。酶的初始浓度大，其酶促反应速度就大。
在实际测定中，即使酶浓度足够高，随底物浓度的升高，酶促反应速度并没有因此增加，甚至受到抑制。其原因是：高浓度底物降低了水的有效浓度，降低了分子扩散性，从而降低了酶促反应速度。过量的底物聚集在酶分子上，生成无活性的中间产物，不能释放出酶分子，从而也会降低反应速度。
3．温度对酶促反应速度的影响
各种酶在最适温度范围内，酶活性最强，酶促反应速度最大。在适宜的温度范围内，温度每
升高10℃，酶促反应速度可以相应提高1～2倍。不同生物体内酶的最适温度不同。如，动物组织中各种酶的最适温度为37～40℃；微生物体内各种酶的最适温度为25～60℃，但也有例外，如黑曲糖化酶的最适温度为62～64℃；巨大芽孢杆菌、短乳酸杆菌、产气杆菌等体内的葡萄糖异构酶的最适温度为80℃；枯草杆菌的液化型淀粉酶的最适温度为85～94℃。可见，一些芽孢杆菌的酶的热稳定性较高。过高或过低的温度都会降低酶的催化效率，即降低酶促反应速度。
最适温度在60℃以下的酶，当温度达到60～80℃时，大部分酶被破坏，发生不可逆变性；当温度接近100℃时，酶的催化作用完全丧失。
4．pH对酶促反应速度的影响
酶在最适pH范围内表现出活性，大于或小于最适pH，都会降低酶活性。主要表现在两个方面：⑴改变底物分子和酶分子的带电状态，从而影响酶和底物的结合；
⑵过高或过低的pH都会影响酶的稳定性，进而使酶遭受不可逆破坏。
5．激活剂对酶促反应速度的影响
能激活酶的物质称为酶的激活剂。激活剂种类很多，有
⑵机阳离子，如钠离子、钾离子、铜离子、钙离子等；
⑵无机阴离子，如氯离子、溴离子、碘离子、硫酸盐离子磷酸盐离子等；
⑶有机化合物，如维生素C、半胱氨酸、还原性谷胱甘肽等。许多酶只有当某一种适当的激活剂存在时，才表现出催化活性或强化其催化活性，这称为对酶的激活作用。而有些酶被合成后呈现无活性状态，这种酶称为酶原。它必须经过适当的激活剂激活后才具活性。
6抑制剂对酶促反应速度的影响
能减弱、抑制甚至破坏酶活性的物质称为酶的抑制剂。它可降低酶促反应速度。酶的抑制剂有重金属离子、一氧化碳、硫化氢、氢氰酸、氟化物、碘化乙酸、生物碱、染料、对-氯汞苯甲酸、二异丙基氟磷酸、乙二胺四乙酸、表面活性剂等。
对酶促反应的抑制可分为竞争性抑制和非竞争性抑制。与底物结构类似的物质争先与酶的活性中心结合，从而降低酶促反应速度，这种作用称为竞争性抑制。竞争性抑制是可逆性抑制，通过增加底物浓度最终可解除抑制，恢复酶的活性。与底物结构类似的物质称为竞争性抑制剂。抑制剂与酶活性中心以外的位点结合后，底物仍可与酶活性中心结合，但酶不显示活性，这种作用称为非竞争性抑制。非竞争性抑制是不可逆的，增加底物浓度并不能解除对酶活性的抑制。与酶活性中心以外的位点结合的抑制剂，称为非竞争性抑制剂。
有的物质既可作为一种酶的抑制剂，又可作为另一种酶的激活剂。
五、酶的分类
根据酶所催化的反应性质的不同，将酶分成六大类：
1.氧化还原酶类:促进底物的氧化或还原。
2.转移酶类:促进不同物质分子间某种化学基团的交换或转移。
3.水解酶类：促进水解反应。
4.裂解酶类:催化从底物分子双键上加基团或脱基团反应，即促进一种化合物分裂为两种化合物，或由两种化合物合成一种化合物。
5.异构酶类:促进同分异构体互相转化，即催化底物分子内部的重排反应。
6.合成酶类:促进两分子化合物互相结合，同时ATP分子（或其它三磷酸核苷）中的高能磷酸键断裂，即催化分子间缔合反应。
按照国际生化协会公布的酶的统一分类原则，在上述六大类基础上，在每一大类酶中又根据底物中被作用的基团或键的特点，分为若干亚类；为了更精确地表明底物或反应物的性质，每一个亚类再分为几个组（亚亚类）；每个组中直接包含若干个酶。
六，酶的应用及发展：
1．酶在生物体内
在生物体内的酶是具有生物活性的蛋白质，存在于生物体内的细胞和组织中，作为生物体内化学反应的催化剂，不断地进行自我更新，使生物体内及其复杂的代谢活动不断地、有条不紊地进行．
酶的催化效率特别高（即高效性），比一般的化学催化剂的效率高10^7～10^18倍，这就是生物体内许多化学反应很容易进行的原因之一．
酶的催化具有高度的化学选择性和专一性．一种酶往往只能对某一种或某一类反应起催化作用，且酶和被催化的反应物在结构上往往有相似性．
一般在37℃左右，接近中性的环境下，酶的催化效率就非常高，虽然它与一般催化剂一样，随着温度升高，活性也提高，但由于酶是蛋白质，因此温度过高，会失去活性（变性），因此酶的催化温度一般不能高于60℃，否则，酶的催化效率就会降低，甚至会失去催化作用．强酸、强碱、重金属离子、紫外线等的存在，也都会影响酶的催化作用．
人体内存在大量酶，结构复杂，种类繁多，到目前为止，已发现3000种以上（即多样性）．如米饭在口腔内咀嚼时，咀嚼时间越长，甜味越明显，是由于米饭中的淀粉在口腔分泌出的唾液淀粉酶的作用下，水解成葡萄糖的缘故．因此，吃饭时多咀嚼可以让食物与唾液充分混合，有利于消化．此外人体内还有胃蛋白酶，胰蛋白酶等多种水解酶．人体从食物中摄取的蛋白质，必须在胃蛋白酶等作用下，水解成氨基酸，然后再在其它酶的作用下，选择人体所需的20多种氨基酸，按照一定的顺序重新结合成人体所需的各种蛋白质，这其中发生了许多复杂的化学反应．可以这样说，没有酶就没有生物的新陈代谢，也就没有自然界中形形色色、丰富多彩的生物界．
2．酶在医疗上
随着对酶研究的发展，酶在医学上的重要性越来越引起了人们的注意，应用越来越广泛．下面分三个方面介绍．
⑴酶与某些疾病的关系
酶缺乏所致之疾病多为先天性或遗传性，如白化症是因酪氨酸羟化酶缺乏，蚕豆病或对伯氨喹啉敏感患者是因6－磷酸葡萄糖脱氢酶缺乏．许多中毒性疾病几乎都是由于某些酶被抑制所引起的．如常用的有机磷农药（如敌百虫、敌敌畏、1059以及乐果等）中毒时，就是因它们与胆碱酯酶活性中心必需基团丝氨酸上的一个－OH结合而使酶失去活性．胆碱酯酶能催化乙酰胆碱水解成胆碱和乙酸，当胆碱酯酶被抑制失活后，乙酰胆碱水解作用受抑，造成乙酰胆碱推积，出现一系列中毒症状，如肌肉震颤、瞳孔缩小、多汗、心跳减慢等．某些金属离子引起人体中毒，则是因金属离子（如Hg2+）可与某些酶活性中心的必需基团（如半胱氨酸的－SH）结合而使酶失去活性．
⑵酶在疾病诊断上的应用
正常人体内酶活性较稳定，当人体某些器官和组织受损或发生疾病后，某些酶被释放入血、尿或体液内．如急性胰腺炎时，血清和尿中淀粉酶活性显著升高；肝炎和其它原因肝脏受损，肝细胞坏死或通透性增强，大量转氨酶释放入血，使血清转氨酶升高；心肌梗塞时，血清乳酸脱氢酶和磷酸肌酸激酶明显升高；当有机磷农药中毒时，胆碱酯酶活性受抑制，血清胆碱酯酶活性下降；某些肝胆疾病，特别是胆道梗阻时，血清r－谷氨酰移换酶增高等等．因此，借助血、尿或体液内酶的活性测定，可以了解或判定某些疾病的发生和发展．
3．酶在临床治疗上的应用
近年来，酶疗法已逐渐被人们所认识，广泛受到重视，各种酶制剂在临床上的应用越来越普遍．如胰蛋白酶、糜蛋白酶等，能催化蛋白质分解，此原理已用于外科扩创，化脓伤口净化及胸、腹腔浆膜粘连的治疗等．在血栓性静脉炎、心肌梗塞、肺梗塞以及弥漫性血管内凝血等病的治疗中，可应用纤溶酶、链激酶、尿激酶等，以溶解血块，防止血栓的形成等．
一些辅酶，如辅酶A、辅酶Q等，可用于脑、心、肝、肾等重要脏器的辅助治疗．另外，还利用酶的竞争性抑制的原理，合成一些化学药物，进行抑菌、杀菌和抗肿瘤等的治疗．如磺胺类药和许多抗菌素能抑制某些细菌生长所必需的酶类，故有抑菌和杀菌作用；许多抗肿瘤药物能抑制细胞内与核酸或蛋白质合成有关的酶类，从而抑制瘤细胞的分化和增殖，以对抗肿瘤的生长；硫氧嘧啶可抑制碘化酶，从而影响甲状腺素的合成，故可用于治疗甲状腺机能亢进等．
4．酶在生产、生活中
如酿酒工业中使用的酵母菌，就是通过有关的微生物产生的，酶的作用将淀粉等通过水解、氧化等过程，最后转化为酒精；酱油、食醋的生产也是在酶的作用下完成的；
用淀粉酶和纤维素酶处理过的饲料，营养价值提高；洗衣粉中加入酶，可以使洗衣粉效率提高，使原来不易除去的汗渍等很容易除去等等……。
结束语：经过对酶的了解和认识，知道了酶在现代的社会当中占据了无可比拟的重要地位，无论是科技方面还是日常生活方面都有举足轻重的位置，其所起的作用也是无可替代的。总之随着科学水平的提高，酶的应用将具有非常广阔的前景，值得我们更深一步的去探索和研究。
【注释】：①米-门公式：即米氏酶促反应式:E+S=ES――E+P (enzyme, substrate, product) 米氏酶促反应方程式:
讨论: 当底物浓度很高时,酶促反应速度随着酶的浓度升高而增加;当酶的浓度很高时,底物
浓度很低时,酶促反应速度随着底物浓度升高而增加
②多酶复合体: 多种酶靠非共价键相互嵌合催化连续反应的体系，称为多酶复合体（multienzyme complex）。
六，综述：
酶是细胞赖以生存的基础。细胞新陈代谢包括的所有化学反应几乎都是在酶的催化下进行的。酶活力可受多种因素的调节控制，从而使生物体能适应外界条件的变化，维持生命活动。没有酶的参与，新陈代谢只能以极其缓慢的速度进行，生命活动就根本无法维持，所以，在现代社会的先进科技当中，酶及酶工程占据着无可比拟的重要角色。无论是在科学方面，还是日常生活方面，都占有举足轻重的地位。
姓名：陈松根
班级：给排水10K2班
《酶工程》复习 一、名词解释…………………………………………… 1 酶工程：又称酶技术，是酶制剂的大规模生产和应用的技术，包括化学酶工程和生物酶工程。 2酶的诱导：由于加进某种物质，使酶的生物合成开始或者加速进行，称为酶的生物合成的诱导作用。 3 微滤：以压力差为推动力，截留水中粒径在0.02~ 10m之间的颗粒物的膜分离技术。 4固定化酶：通过物理的或化学的方法，将酶固定在载体上，能使酶发挥催化作用的酶。 5酶的非水相催化：通过改变反应介质，影响酶的表面结构和活性中心，从而改变酶的催化特性。 6 原生质体：脱去细胞壁的植物、真菌或细菌细胞。 7超滤：超滤是采用中空纤维过滤新技术，配合三级预处理过滤清除自来水中杂质；超滤微孔小于0.01微米，能彻底滤除水中的细菌、铁锈、胶体等有害物质，保留水中原有的微量元素和矿物质。 8 固体发酵：固态发酵是指没有或几乎没有自由水存在下，在有一定湿度的水下溶性固态基质中，用一种或多种微生物的一个生物反应过程。 二、填空题………………………………………………. 1酶的分类（氧化还原酶）、（转移酶）、（水解酶）、（裂合酶）、（异构酶）、（合成酶）。 2酶活力是（酶催化速度）的量度指标，酶的比活力是（酶纯度）的量度指标，酶转换数是（酶催化效率）的量度指标。 3微生物产酶模式可以分为同步合成型，（延续合成型），中期合成型，（滞后合成型）四种。 4动物细胞培养主要用于生产疫苗、激素、单克隆抗体、多肽因子、酶等（功能性蛋白质）。 5细胞破碎的主要方法有机械破碎法、物理破碎法、（化学破碎法）、（酶促破碎法）。 6有机溶剂的极性系数lgP越小，表明其极性（越强），对酶活性的影响（越大）。 7通常酶的固定化方法有：吸附法、包埋法、结合法、交联法、热处理法。
一. 名词解释 1．生物酶工程又称高级酶工程它是酶学与现代分子生物学技术相结合的产物。 2．蛋白质工程蛋白质工程就是运用蛋白质结构功能和分子遗传学知识，从改变或合成基因入手，定向地改造天然蛋白质或设计制造新的蛋白质。 3.多核糖体把细胞放在极其温和的条件下处理，就能得到几个到几十个核糖体在一条mRNA上结合起来的形态 4.固定化酶水溶性酶经物理或化学方法处理后，成为不溶于水的但仍具有酶活性的一种酶的衍生物。在催化反应中以固相状态作用于底物 5.酶反应器以酶或固定化酶为催化剂进行酶促反应的装置。 6．酶工程又叫酶技术，是酶制剂的大规模生产和应用的技术 7.生物传感器对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。 8. motif(模体指的是蛋白质分子结构中介于二级结构与三级结构之间的一个结构层次，又称超二级结构 9. domain功能域生物大分子中具有特异结构和独立功能的区域,特别指蛋白质中这样的区域 10.PDB蛋白质数据库（Protein Data Bank,PDB）是一个生物大分子， 11. DNA shuffling体外同源重组技术。通过改变单个基因原有的核苷酸序列创造新基因，并赋予产物以新功能。 12.生物催化剂是指生物反指应过程中起催化作用的游离或固定化细胞各游离或固定化酶的总称 13.必需基团有的基团既在结合中起作用，又在催化中起作用，所以常将活性部位的功能基团统称为必需基团(essential group 14.活性中心。酶的活性中心是酶与底物结合并发挥其催化作用的部位。 15.有性PCR dna改组 16.DNA改组通过改变单个基因原有的核苷酸序列创造新基因，并赋予产物以新功能。 17.免疫传感器偶联抗原/抗体分子的生物敏感膜与信号转换器组成的，基于抗原抗体特异性免疫反应的一种生物传感器。
第八章细胞工程基本原理 8－1 什么是细胞工程？ 答：所谓细胞工程是指应用现代细胞生物学、发育生物学、遗传学和分子生物学的理论与方法，按照人们的需要和设计，在细胞水平上的遗传操作，重组细胞的结构和内含物，以改变生物的结构和功能，即通过细胞融合、核质移植、染色体或基因移植以及组织和细胞培养等方法，快速繁殖和培养出人们所需要的新物种的生物工程技术。 8－2 动物细胞的主要生理特点是什么？ 答：细胞的主要生理特点表现在如下几个方面。 1. 分裂周期长——动物细胞的分裂周期相对长，一般完成一个细胞分裂周期需12－24h。 2.需贴附于基质生长，并有接触抑制现象——大多数二倍体细胞的生长都需要在一定的基质上贴附，伸展后才能生长繁殖；当细胞在基质上进行分裂增殖并逐步汇成片时（细胞与周围细胞接触），细胞就停止增殖——接触抑制现象。 3.生长寿命有限——正常二倍体细胞传代培养都是有限的，大约在50代左右，然后细胞就会逐步死亡。 4.对环境敏感——由于动物细胞没有细胞壁的保护，使得周围环境物理、化学因素的变化均会影响到动物细胞的生长。 5.对培养基要求高——动物细胞的培养不仅需要 12种必须的氨基酸、8种以上的维生素、多种无机盐、微量元素和葡萄糖外，还需要多种细胞生长因子和贴壁因子。 6.蛋白质的合成途径和修饰途径功能与细菌不同——动物细胞蛋白质的合成在游离的核糖体和粗面型内质网上都可以进行。内质网上合成的蛋白质多为糖蛋白，需要糖基化；而细菌细胞则没有糖基化过程。 8－3 植物细胞的主要培养特性是什么？ 答：植物细胞的培养特性主要表现在如下几个方面。 1.个体较大——植物细胞个体一般较微生物大，其直径通常约在10-200微米之间（微生物的体形一般只有几个微米），有纤维素细胞壁。 —76—
酶工程复习资料 名词解释 1、酶反应器：用于酶进行催化反应的容器和附属设备 2、pH记忆： 3、产物阻遏作用：又称酶生物合成的反馈阻遏作用，是指酶催化反应的产物或代谢途径末端的产物使该酶的生物合成受到阻遏现象。 4.1酶的延续合成型:酶的生物合成在细胞的生长阶段开始，在细胞生长进入平衡期后，酶还可以延续合成一段时间的生物合成模式。 4.2同步合成型：是指酶的生物合成与细菌生长同步进行的一种酶生物合成模式。 4.3中期合成型：酶在细胞生长一段时间后才开始合成，细胞进入生长平衡期后，酶的生物合成也随之停止。 4.4滞后合成型：酶是在细胞进入生长平衡期后才开始生物合成并大量积累， 5、固定化细胞——固定在载体上，并在一定空间范围内进行生命活动的细胞。 6、电场膜分离——是在半透膜的两侧分别装上正、负电极。在电场作用下，小分子的带电物质或离子向着与其本身所带电荷相反的电极移动，透过半透膜，而达到分离的目的。 7、催化周期：酶进行一次催化所需的时间。 8、固定化酶：固定在载体上并在一定空间范围内进行催化反应的酶称为固定化酶。 9、抗体酶：抗体酶又称为催化性抗体，是一类具有催化功能的抗体 10、立体异构专一性：当酶作用的底物含有不对称碳原子时，酶只能作用于异构体的一种，这种绝对专一性称为立体异构专一性。 11、微滤：又称为孔过滤，微滤介质截留的物质颗粒直径为0.2-2um，主要用于细菌、灰尘等光学显微镜可看到的颗粒物质的分离。 12、酶的比活力：是一个纯度指标，指特定条件下，单位质量的蛋白质或RNA所具有的酶活。 13、膜反应器：是将酶的催化反应和半透膜的分离作用组合在一起的反应器。 14、酶电极：是由固定化酶与各种电极密切结合的传感装置。 15、氨基酸置换修饰：将酶分子上的某一个氨基酸置换成另一个氨基酸的修饰方法。 16、盐析沉淀法：是利用不同蛋白质在不同盐溶度条件下溶解度不同的特性，通过在酶液中添加一定浓度的中性盐，使酶或杂质从溶液中析出沉淀，从而使酶与杂质分离的过程。 17、对映体选择性：又称为立体选择性或立体异构专一性，是酶在对成体外消旋化合物中，识别一种异构体的能力大小指标 18、竞争性抑制：是指抑制剂和底物竞争与酶分子结合而引起的抑制作用。 19、必需水：维持酶分子完整的空间构象所需的最低含水量。 20、溶解氧：指溶解在培养基中的氧气。 21、固定化原生质体：指固定在载体上并在一定空间范围内进行生命活动的原生质体。 22、酶合成的分解代谢物阻遏：是指某些物质分解代谢的产物阻遏某些生物合成的现象。 23、酶合成的诱导：加进某些物质，使酶的合成开始或加速的进行的现象。 24、酶工程：酶的生产与应用的技术过程称为酶工程。 25、反胶束萃取：是利用反胶束将酶或蛋白质从混合液分离出来的一种分离纯化技术
生命科学与技术 一、培养目标 本专业培养德、智、体、美全面发展，掌握坚实、宽厚的自然科学和生命科学基础理论，具备系统的生物高新技术和∕或生物医学工程专业知识和创新、创业技能，能在生命科学与技术领域从事科学研究、技术开发、企业管理等方面工作的，富有社会责任感的，具有国际视野和竞争力的综合型、创新型高级专业人才。 二、主干学科与相关学科 主干学科：生物学/生物医学工程 相关学科：生物工程、生物医学工程、生物信息工程、管理科学与工程。 三、专业主干课程 普通生物学、生物化学、生物物理学、遗传学、细胞生物学、微生物学、分子生物学、人体解剖生理学、生物医学工程概论、计算机程序设计、电路、信号与系统、数字电子技术、模拟电子技术、电子技术实验、工程制图。 四、主要实践环节 工程训练、综合技能训练、专业实习、企业实践、野外考察实践、毕业设计、军事训练。 五、学制与学位 学制6年。工学或理学硕士学位。 首先获得学士学位。继续学习2-3年，符合硕士研究生毕业条件，可获得硕士学位。 六、毕业条件 本科阶段最低完成180学分（课内），及课外8学分；通过CET4级考试；并且军事训练考核合格；通过《国家学生体质健康标准》测试；方可获得毕业证和学士学位证。 修完硕士研究生课程，通过CET6级考试；通过硕士学位论文答辩，获得硕士学位。
七、选课说明及要求 本专业为六年制硕士学位培养。实行通识教育、专业教育、和硕士论文的分阶段连续培养模式。其中前两年主要完成通识类课程和科学基础课程的学习；第5-7学期完成专业主干课程和专业选修课程的学习，第7学期还需完成部分研究生课程的学习；第8学期进入本科毕业设计阶段。后两年进入研究生课题研究阶段，包括题目选定、开题论证、实验研究以及硕士毕业论文写作。论文工作于第12学期结束，参加所在系组织的硕士学位论文答辩。 1．课程设置表中模块选修的具体说明 （1）通识教育模块：必修27学分，选修16学分，共计43学分。其中基础通识类课程12学分，包括基础通识类核心课限选6学分，限定在《世界文明》、《社会与艺术》、《生命与环境》三种门类中各选1门课程，和基础通识类选修课任选6学分。思想政治教育与国防教育课程必修16学分。体育、英语、计算机类必修15学分。学生还可根据自己的兴趣和精力选修其它课程。 （2）学科教育模块：必修106学分，选修11学分，共计117学分。其中基础科学课程必修46.5学分；专业主干课程（包括学科基础课程和专业基础课程）必修50.5学分；专业课程必修9学分，选修至少11学分。 （3）集中实践模块：必修20学分。包括工程训练2学分（电子实习、现代控制测试系统各1学分）；综合技能训练1学分；专业实习3学分；企业实践1学分；野外考察实践1学分；毕业设计12学分。 （4）双语课程：每个学生要求必修至少两门双语课程。 （5）本专业学生第7学期确定研究生导师，与普通班推免研究生工作同步进行。在第7、8学期，修完全部研究生课程，所得学分可计入在本校继续攻读研究生学位的课程学分。所选研究生课程学分可以计入本科阶段的基础通识类选修课或专业选修课学分，但不能取代本科180学分。 2、集中实践的说明与要求 （1）工程实践 工程实践由两门课程构成：电工实习和现代控制测试系统（测控实习），分别安排在第3、4学期，通过实践，使学生初步了解工程的概念，建立大工程意识。由工程坊负责安排具体内容，并进行考核。 （2）综合技能训练 包括：生命科学数据的获得、保存、评价、解释和展示；生命科学实验预案的设计；生命科学实验仪器设备的正确使用及注意事项；团队协作和个人工作的安排技巧；资料查阅、文献综述、科技论文写作；个人展示等技能的基本训练。此外，要求每个学生至少参加一项国家或学校的大学生创新计划项目，或开放实验项目。安排在第5-7学期，由指导教师负责考核。 （3）专业实习 在三年级学习结束后，到生物技术企业/公司、医学仪器设备企业/公司、或生物制药企业/公司进行专业实习和管理实践，了解与专业有关的生产实际和管理情况。实习方式以集中实习为主，要求有完整的环节，结束后由实习单位给出评价，个人提交总结报告，通过答辩后给出最终成绩。 （4）企业实践 在5-6学期，邀请国内外相关产业的知名公司或企业以由公司或企业授课（中文或英文）+ 在企业公司实践的方式进行培训实践活动。由培训企业/公司及带队教师共同考核。 （5）野外考察实践
细胞工程原理 一、名词解释 1、生物工程：是以生命科学为基础，利用生物体系和工程原理生产生物制品和创造新物种的一门综合技术。 2、细胞工程：是指应用细胞生物学和分子生物学的方法，通过类似工程学的步骤，在细胞整体水平或细胞器水平上，有目的地利用或改造生物遗传性状，以获得特定的细胞、组织产品或新型物种的一门综合性科学技术。 3、细胞全能性：是指分化细胞保留着全部的核基因组，具有生物个体生长、发育所需要的全部遗传信息，具有发育成完整个体的潜能。 4、细胞多能性：有些细胞能分化出多种组织的潜能，却失去了发育成完整个体的潜能。 5、植物组织培养：是指在无菌的条件下，将离体的植物器官、组织、细胞、胚胎、原生质体等培养在人工配制的培养基上，给予适当的培养条件，诱发产生愈伤、潜伏等，或者生长成新的完整植株的一种实验技术。 6、愈伤组织：脱分化后的细胞经过细胞分裂产生无组织结构、无明显极性的松散的细胞团，称之为愈伤组织。 7、继代培养：是愈伤组织在培养基上生长一段时间后，由于培养基枯竭、水分散失、并已积累了一些代谢产物，此时将组织继续转入新的培养基上培养。 8、胚状体：在培养过程中由外植体或愈伤组织产生的与正常受精卵发育的方式或类似的胚胎结构现象。 9、脱分化：已分化的细胞在一定因素作用下重新恢复分裂机能并改变原来的发展方向而沿着一条新的途径发育的过程。 10、再分化：脱分化的细胞团或组织经重新分化而变为具有未分化细胞特性的过程。 11、人工种子：又称合成种子或体细胞种子，是指将植物离体培养的胚状体或芽包裹在含有养分和保护功能的人工胚乳和人工种皮中的类似种子的颗粒。 12、看护培养：是指用一块活跃生长的愈伤组织来看护单个细胞，使其持续分裂和增殖的一种培养方法。 13、饲养层培养：是把处理过的（如X射线处理）无活性的或分裂很慢的细胞来饲养所需培养的细胞，使其分裂和生长的方法。 14、固定化培养：将游离的细胞包埋在多糖或多聚化合物制备成的网状支持物中，培养液呈流动状态进行无菌培养的一种技术。 15、两相培养技术：是在培养体系中加入有机溶剂或者具有吸附作用的多聚化合物。细胞在水相中生长，合成次级代谢物质，分泌出来后转移至有机相中。16、微细胞：又称为微核体，是指含有一条或n条染色体（即含有部分基因组），外有一薄层细胞质和一个完整质膜的核质体。 17、胚胎干细胞：是从着床前胚胎内细胞团或原始生殖细胞经体外分化抑制培养分离的一种全能性细胞。 18、细胞融合：两个或多个相同或不同细胞通过物理、化学、生物的方法使膜融合形成单个细胞的过程。 二、填空题 1、生物工程的六大组成：发酵工程、酶工程、蛋白质工程、基因工程、生物化学工程、细胞工程。 2、基因工程（DNA重组技术）的一般步骤：（1）目的基因的获得，（2）将目的
1、酶（enzyme）：是具有催化功能的生物大分子。 2、端粒（telomere）：真核生物染色体的末端结构。 3、端粒酶（telomerase）：是催化端粒合成和延长的酶。 4、基因扩增（gene amplification）：是通过增加基因的数量来调节基因表达的一种方式。 5、增强子（modulator）：是一段能够高效增强或促进基因转录的DNA序列。 6、抗体酶（abzyme）：是一类具有生物催化功能的抗体分子。 7、抗体（antibody）：是由抗原诱导物产生的能与抗原特异结合的免疫球蛋白。 8、盐溶（solting in）：低浓度的盐存在的条件下，酶的溶解度随着盐浓度的升高而增加的现象。 9、盐析（solting out）：当盐浓度达到一定界限后，酶的浓度随着盐溶液的升高而降低的现象。 10、结晶（crystallize）：溶质以晶体形式从溶液中析出的过程。 11、酶分子修饰（enzyme molecular modification）：通过各种方法使酶分子的结构发生变化，从而改变酶的催化特性的技术过程。 12、金属离子置换修饰（metal ion substitute modification）：把酶分子中的金属离子换成另一种金属离子，使酶的催化特性发生改变的修饰方法。 13、大分子结合修饰（macro molecules combine modification）：采用水溶性大分子与酶的侧链基团共价结合，使酶分子的空间构象发生改变，从而改变酶的催化特性的方法。 14、侧链基团修饰（side residues modification）：采用一定方法使酶的侧链基团发生改变，从而改变酶的催化特性的修饰方法。 15、肽链有限水修饰（peptide chain limit hydrolysis modification）：在肽链的限定位点进行水解，使酶的空间结构发生某些精细的改变，从而改变酶的催化特性的方法。 16、定点突变（site-specific mutagenesis）：指在DNA序列上的某一特定位点上进行碱基的改变，从而获得突变基因的操作技术。 17、物理修饰（physical modification）：通过各种物理方法使酶分子的空间构象发生某些改变，从而改变酶的催化特性的方法。 18、酶的固定化（enzyme immobilization）：采用各种方法，将固定在水不溶性的载体上，制备固定化酶的过程。 19、固定化酶（immobilized enzyme）：固定在载体上并在一定的空间范围内进行催化反应的酶。 20、酶工程（enzyme project）：酶的生产、改性与应用的技术过程。21、必需水（essential water）：维持酶分子完整空间构象所必需的最低水量。 22、对映体选择性（enantioselectivity）：是酶在对称的外消旋化合物中识别一种异构体的能力大小的指标。 23、区域选择性（regioselectivity）：即酶能够选择底物分子中某一区域的基团优先进行反应。 24、PH印记（pH-imprinting）：在有机介质反应中，酶所处的pH环境与酶在冻干或吸附到载体上之前所使用的缓冲液pH相同。 25、酶定向进化（enzyme directed evolution）：是模拟自然进化过程，在体外进行酶基因的人工随机突变，建立突变基因文库，在人工控制条件的特殊情况下，定下选择得到具有优良催化特性的酶的突变体的技术过程。 26、酶反应器（enzyme reactor）：用于酶进行催化反应的容器及其附属设备。 27、水活度（water activity，Aw）：在一定温度和压力下，反应体系中水的蒸汽分压与相同条件下纯水的蒸汽压之比。 28、诱导(induction)：凡能促进酶生物合成的现象,称诱导，是转录水平调控的一种方式。 29诱导物（inducer）：能促进诱导酶产生的物质,如酶的底物、结构类似物或底物前体。 30、操纵子（operon）：原核基因组中，由几个功能相关的结构基因及其调控区组成的一个基因表达的协同单位。 31、启动子（promoter）：能被依赖于DNA的RNA聚合酶所识别的碱基序列，是RNA聚合酶的结合部位和转录起点。 32、操纵子（operon）：原核基因组中，由几个功能相关的结构基因及其调控区组成的一个基因表达的协同单位，这种单位称操纵子。调控区由上游的启动子和操纵基因组成。 33、启动子(promoter, P)：能被依赖于DNA的RNA聚合酶所识别的碱基顺序，是RNA聚合酶的结合部位和转录起点。 34、操纵基因（operator, O）:位于启动基因和结构基因之间的一段碱基顺序能与阻遏物（一种调节蛋白）相结合，以此来决定结构基因的转录能否进行。35、结构基因(structural genes, S）：是决定某一多肽的DNA 模板，可根据其上的碱基顺序转录出相应的mRNA，然后再可通过核糖体转译出相应酶（编码蛋白质的DNA序列） 36、调节基因（regulator gene）：用于编码组成型调节蛋白的基因。 37、酶的非水相催化（enzyme non-aqueous catalysis）：酶在非水介质中的催化作用。
香料香精技术与工程学院 院长：肖作兵教授硕士生导师 香料香精技术与工程学院设有轻化工程（香料香精化妆品）、食品科学与工程、 生物工程等3个本科专业。 学院拥有一支学术水平高、教学经验丰富、结构合理的高素质师资队伍，专任教师45人，其中正副教授27名，30人具有博士学位，14人为硕士研究生导师，同时聘请行业知名兼职教授8名。多名教师获得全国、上海市优秀教师等荣誉称 号。 学院注重学科建设和专业建设，多次获得上海市优秀教育成果奖，建有国家级精品课程、上海市精品课程和上海市重点建设课程。科研成果多次获得上海市科技进步奖，每年学院教师申请专利近50项，国内外重要学术杂志发表论文100多篇。参与编写的部分教材被列为面向21世纪高等教育统编教材。 学院重视学生的创新意识和动手能力培养，积极拓展产学研领域，现设有香料香精研究技术创新中心和生物与食品工程研发中心两个科研平台，教学科研设备先进，面向学生开展的大学生科技创新项目活动丰富，学生多次在“挑战杯”等各类竞赛中获奖，毕业生的签约率在90%以上，就业率保持在99%以上。 （一）轻化工程（香料香精化妆品）专业 该专业已有近50年的发展历史，是目前国内高校唯一专门系统从事香精香料专业技术教育和研究的点，为我国香料香精行业人才培养、技术研究等方面做了大量的工作，在行业中享有一定的声誉。本专业现有3个专业方向。 1.轻化工程（日化香精方向） 培养目标 本专业培养具有轻化工程专业基础知识与香料香精专业技术能力，有较高综合素质，在日化香料香精方面具有创新意识和创新能力，能从事日化香料香精行业的技术开发、产品制备、品质分析与控制、产品应用的高级应用型技术人才，为我国日化香精行业培养“调香师、评香师和应用工程师”打好基础。 主要课程
2014学年研究生课程“细胞工程”读书指导提纲（） 1，植物组织培养的理论基础和技术支撑是什么？ 理论基础：植物细胞全能性技术支撑:细胞工程 2，植物组织培养的优点和缺点是哪些？ 优点：不携带病毒，提高植物品质与产量 培养周期短 可短时间大量繁殖，用于拯救濒危植物 不受生长季节限制地繁殖植物 可用组培中的愈伤组织制取特殊的生化制品 可诱导之分化成需要的的器官，如根和芽 外植体材料来源单一，无性系遗传特性一致 缺点：（1）和常规营养体繁殖比生产成本高 （2）组培苗炼苗难、移栽成活率较低 （3）植物组织培养没有变异的过程，所以如果代数过多就会出现产量、生殖能力、生活力下降。 3，植物细胞与微生物细胞在细胞特点、培养基需求方面有什么区别？ 细胞特点： （1）植物细胞内含有叶绿体，液泡等细胞器， （2）植物细胞有细胞壁，大多数微生物也有细胞壁，但其成分与植物不同。比如说细菌，其细胞壁成分为肽聚糖。而植物细胞壁成分主要是纤维素，果胶。 （3）很多微生物细胞没有成型的细胞核即它们的细胞核无核膜，其DNA分子也不与蛋白质结合成染色体。 培养基需求方面： 微生物培养基根据不同的需要，成分变化非常之大，总的来说有：牛肉膏、蛋白胨、按需要加不同的糖类、无机盐、指示剂、选择性物质、固体培养基还得加琼脂等等。 植物养基中常常添加植物激素，微生物培养基中不需要 植物培养基中的碳源和能源是蔗糖，微生物培养基中的碳源和能源主要是葡萄糖 植物培养基中需提供植物生长必需的大量元素、微量元素、维生素 4，植物细胞分化需要的条件、再生的途径。 条件：①无菌条件；②一定浓度的植物激素；③适宜的温度和湿度；④充足的养料。 再生途径：（1）器官发生途径： 外植体愈伤组织器官（根、芽）再生植株 （2 外植体愈伤组织胚状体再生植株 5， （1）外源激素种类和浓度(2)基本培养基及其PH值（3）继代培养次数及长短（4）培养条件（温度、湿度、光照强度、光周期）（5）外植体来源、大小、取材季节、生理状态、发育年龄 常见问题： ①污染问题（外植体、培养基、操作方法）、②玻璃化、③褐化、④生根难、⑤炼苗难 6，分析一些植物很难通过组织培养再生的原因。 从理论上讲，植物细胞都具有全能性，若条件适宜，都能再生成完整植株，任何组织、器官都可以作为外植体。但实际上，植物种类不同，同一植物不同器官，同一器官不同生理状态，对外界诱导反应的能力及分化再生能力是不同的。外植体来源、大小、取材季节、生理状态、发育年龄都影响植物的再生能力。 7，植物脱毒培养的步骤和应用意义（举例说明）。 马铃薯茎尖培养脱毒步骤： （1）取材和消毒 将欲脱毒的品种块茎催芽，芽长4-5cm时，剪芽并剥去外叶，自来水下冲洗20-30min，再用75%乙醇溶液今蘸一下，然后放入无菌杯内用0.1%氯化汞溶液浸泡5min，再用无菌水冲洗2-3次。 （2）剥离茎尖和接种 在无菌室内，于30-40X解剖镜下，剥取带1个叶原基的茎尖（0.1-0.3mm），接种于MS茎尖培养基的试管中，每瓶接种1个茎尖。（3）培养基和培养条件
名词解释： 1.基因型(genetype)：由遗传信息组成，编码微生物的所有特性。 2.表现型(phenotype)：指一些实际的、已表达的特性。 3.转录(transcription)：以DNA为模板，按照碱基配对原则将其所含的遗传信息传给RNA，形成一条与DNA链互补的RNA 的过程。 4.逆转录(reverse transcription)：以RNA为模板，在逆转录酶的作用下，生成DNA的过程。 5.诱导酶(induced enzyme)：细胞为适应外来底物或其结构类似物而临时合成的一类酶。 6.组成酶(constitutive enzyme)：微生物细胞中经常存在的一类酶。组成酶的合成只受细胞内遗传物质的控制，与环境中的营养物质无关. 7.翻译(translation)：以mRNA为模板，将mRNA的密码解读成蛋白质的AA顺序的过程。 8.突变：指生物体的表型突然发生的可遗传的变化。而基因突变是在细胞学上看不到遗传物质的变化。 9.碱基置换：DNA序列中一种碱基替换另一种碱基导致突变。 10.转换：由嘌呤置换嘌呤或嘧啶置换嘧啶。 11.颠换（Transversions）：指嘌呤置换嘧啶或嘧啶置换嘌呤. 12.转化（Transformation）：受体菌在自然或在人工技术作用下直接摄取来自供体菌的游离DNA片段，并把它整合到自己的基因中，而获得部分新的遗传性状的基因转移的过程。 13.转导（Transduction）：是以噬菌体为媒介将外源DNA片段携带到受体细胞中，通过交换和整合，使后者获得前者部分遗传性状的现象。 14.接合（Conjugation）：在原核细胞中，细菌的接合是指细胞与细胞的相接触，遗传信息从供体细胞中转移到受体细胞中 的过程。在真核细胞中，接合是指单倍体的配子融合成双倍体合子的过程。 15.转座因子（transposable element)：位于染色体或质粒上的一段能改变自身位置的DNA序列。 16.野生型（wild type）：从自然界分离到的任何微生物在其发生营养缺陷突变前的原始菌株，均称该微生物的野生型。 17.原养型（protoroph）：营养缺陷型突变株经回复突变或重组后产生的、其营养要求在表型上与野生型相同的菌株。 18.完全培养基（Complete Medium，CM）：含有满足某微生物的所有营养缺陷型和野生型菌株生长所需营养物质的天然或半合成培养基。 19.基本培养基（Minimal Medium，MM）：不含生长因子仅能满足某微生物的野生型菌株生长需要的最低成分合成培养基。 20.补充培养基（Supplemented Medium，SM）：补充了一种或数种生长因子，以满足某微生物的特定的营养缺陷型生长的培养基，其中的生长因子多是通过直接添加AA、碱基或维生素而提供。 21.代谢调节(regulation of metablism）：是指微生物的代谢速度和方向按照微生物的需要而改变的一种作用 22.原生质体融合（protoplast fusion）：通过人为方法，使遗传性状不同的两细胞的原生质体发生融合，并产生重组子的过程。 23.杂交育种（bybridization）：只不同种群，不同基因型个体间进行杂交，并在其杂交后代中通过选择而育生纯合品种的方法。 24.有限培养基（limit medium，LM）：是专供异核体菌株生长使用的培养基。通常在基本培养基或蒸馏水中加入适量的完全培养基，加入的量只限两直接亲本菌株稍许生长，以提供相互接触、吻合的菌丝体需要。 25.末端代谢阻遏：指由某代谢途径末端产物的过量累积而引起的阻遏。对直线式反应途径来说，末端产物阻遏的情况较为简单，即产物作用于代谢途径中的各种酶，使之合成受阻遏。 26.分解代谢阻遏：指细胞内同时有两种分解底物（碳源或氮源）存在时，利用快的那种分解底物会阻遏利用慢的底物的有关酶合成的现象。 27.酶活性的调节：是指一定数量的酶，通过其分子构象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率。 - 1 -
酶工程试题(A) 一名词解释（每题3分，共计30分） 1. 酶工程：又叫酶技术，是酶制剂的大规模生产和应用的技术。 2.自杀性底物：底物经过酶的催化后其潜在的反应基团暴露，再作用于酶而成为酶的不可逆抑制剂，这种底物叫自杀性底物。 3.别构酶；调节物与酶分子的调节中心结合后，引起酶分子的构象发生变化，从而改变催化中心对底物的亲和力，这种影响被称为别构效应，具有别构效应的酶叫别构酶 4.诱导酶：有些酶在通常的情况下不合成或很少合成，当加入诱导物后就会大量合成，这样的酶叫诱导酶 5.Mol催化活性：表示在单位时间内，酶分子中每个活性中心转换的分子数目 6.离子交换层析：利用离子交换剂作为载体这些载体在一定条件下带有一定的电荷，当带相反电荷的分子通过时，由于静电引力就会被载体吸附，这种分离方法叫离子交换层析。 7.固定化酶：通过物理的或化学的方法，将酶束缚于水不溶的载体上，或将酶束缚于一定的空间内，限制酶分子的自由流动，但能使酶发挥催化作用的酶 8.修饰酶：在体外用一定的化学方法将酶和一些试剂进行共价连接后而形成的酶 9.非水酶学：通常酶发挥催化作用都是在水相中进行的，研究酶在有机相中的催化机理的学科即为非水酶学 10模拟酶：利用有机化学合成的方法合成的比酶结构简单的具有催化作用的非蛋白质分子叫模拟酶。 二填空题(每空1分,共计30分) 1.决定酶催化活性的因素有两个方面，一是酶分子结构，二是反应条件。 2.求Km最常用的方法是双倒数作图法。 3.多底物酶促反应的动力学机制可分为两大类，一类是序列机制，另一类是乒乓机制。 4.可逆抑制作用可分为竞争性，反竞争性，非竞争性，混合性； 5.对生产酶的菌种来说，我们必须要考虑的条件有，一是看它是不是致病菌，二是能够利用廉价原料，发酵周期短，产酶量高，三是菌种不易退化，四是最好选用能产生胞外酶的菌种，有利于酶的分离纯化，回收率高。 6.酶活力的测定方法可用终止反应法和连续反应法。 7.酶制剂有四种类型即液体酶制剂，固体酶制剂，纯酶制剂和固定化酶制剂。 8.通常酶的固定化方法有吸附法，包埋法，交联法， 共价键结合法。 9.酶分子的体外改造包括酶的表面修饰和内部修饰。 10.模拟酶的两种类型是半合成酶和全合成酶。 11.抗体酶的制备方法有拷贝法和引入法。 三问答题(每题10分,共计40分) 1.固定化酶和游离酶相比，有何优缺点？ 解：优点（1）易将固定化酶和底物，产物分开产物溶液中没有酶的残留简化了提纯工艺 （2）可以在较长的时间内连续使用（3）反应过程可以严格控制，有利于工艺自动化（4）提高了酶的稳定性 （5）较能适于多酶反应 （6）酶的使用效率高产率高成本低 缺点 （1）固定化时酶的活力有损失 （2）比较适应于水溶性底物 （3）与完整的细胞相比，不适于多酶反应。 2.写出三种分离纯化酶蛋白的方法，并简述其原理。 解：.方法:透析与超虑离心分离凝胶过滤盐析等电点沉淀共沉淀吸附层析电泳亲和层析热变性酸碱变性表面变性等（原理略） 3.为什么酶制剂的生产主要以微生物为材料？ 解：（1）微生物种类多，酶种丰富，且菌株易诱变，菌种多样 （2）微生物生长繁殖快，酶易提取，特别是胞外酶 （3）来源广泛，价格便宜 （4）微生物易得，生长周期短 （5）可以利用微电脑技术控制酶的发酵生产，可进行连续化，自动化，经济效益高 （6）可以利用以基因工程为主的分子生物学技术，选育和改造菌种，增加产酶率和开发新酶种 4 下面是某人对酶测定的一些数据，据此求出该酶的最大反应速度和米氏常数 [S](mol/L) V0(umol/min) 0.5?10-628 4.0?10-640 1.0?10-570 2.0?10-595 4.0?10-5112 1.0?10-4128 2.0?10-4139 1.0?10-2140 解：最大反应速度140 ，Km: 1.0?10-5 酶工程试题（B） 一名词解释 1抗体酶：是一种具有催化作用的免疫球蛋白，属于化学人工酶 2酶反应器：是利用生物化学原理使酶完成催化作用的装置，他为酶促反应提供合适的场所和最佳的反应条件，使底物最大限度的转化为物。 3模拟酶：利用有机化学合成的方法合成的比酶结构简单的具有催化作用的非蛋白质分子叫模拟酶。 4底物抑制：在酶促反应中，高底物浓度使反应速度降低的现象。 5稳定pH：酶在一定的pH范围之内是稳定的，超过这个限度易变性失活，这样的pH范围为此酶的稳定pH 6产酶动力学：主要研究细胞产酶速率及各种因素对产酶速率的影响，包括宏观产酶动力学和微观产酶动力学。 7凝胶过滤：又叫分子排阻层析，分子筛层析，在层析柱中填充分子筛，加入待纯化样品再用适当缓冲液淋洗，样品中的分子经过一定距离的层析柱后，按分子大小先后顺序流出的，彼此分开的层析方法。 8固定化酶：通过物理的或化学的方法，将酶束缚于水不溶的载体上，或将酶束缚于一定的空间内，限制酶分子的自由流动，但能使酶发挥催化作用的酶 9非水酶学：通常酶发挥催化作用都是在水相中进行的，研究酶在有机相中的催化机理的学科即为非水酶学 10液体发酵法：以液体培养基为原料进行微生物的繁殖和产酶的方法，根据通风方法不同又分为液体表层发酵法和液体深层发酵法。 二填空题(每空1分,共计30分) 1.Km值增加，其抑制剂属于竞争性抑制剂，Km不变，其抑制剂属于非竞争性抑制剂，Km减小，其抑制剂属于反竞争性抑制剂。 2.菌种培养一般采用的方法有固体培养法和液体培养法。 3.菌种的优劣是影响产酶发酵的主要因素，除此之外发酵条件对菌种产酶也有很大的影响，发酵条件一般包括温度，PH ，氧气，搅拌，湿度和泡沫等。 4.打破酶合成调节机制限制的方有控制条件，遗传控制，其它方法。 5.酶生物合成的模式分是同步合成型，延续合成型，中期合成型，滞后合成型。 6.根据酶和蛋白质在稳定性上的差异而建立的纯化方法有热变性法，酸碱变性法和表面变性法 7. 通常酶的固定化方法有交联法、包埋法，吸附法、共价结合法 8. 酶分子的体外改造包括酶的表面修饰和内部修饰。 9.酶与抗体的重要区别在于酶能够结合并稳定化学反应的过滤态，从而降低了底物分子的能障，而抗体结合的抗原只是一个基态分子，所以没有催化能力 三问答题(每题10分,共计40分) 1.在生产实践中，对产酶菌有何要求？ 一般必须符合下列条件： a)不应当是致病菌，在系统发育上最好是与病原菌无关 b)能够利用廉价原料，发酵周期短，产酶量高 c)菌种不易变异退化，不易感染噬菌体 d)最好选用产胞外酶的菌种，有利于酶的分离纯化，回收率高 在食品和医药工业上应用，安全问题更显得重要 2.对酶进行化学修饰时，应考虑哪些因素？ 解：（1）被修饰酶的性质，包括酶的稳定性，酶活性中心的状况，侧链基团的性质及反应性 （2）修饰反应的条件，包括PH与离子强度，修饰反应时间和温度，反应体系中酶与修饰剂的比例等 3.列出用共价结合法对酶进行固定化时酶蛋白上可和载体结合的功能团 解：（1）酶蛋白N端的α氨基或赖氨酸的∑氨基 （2）酶蛋白C端的羧基及天冬氨酸的β羧基或谷氨酸的γ羧基 （3）半胱氨酸的巯基1分 （7）丝氨酸骆氨酸苏氨酸上的羟基 （8）苯丙氨酸和骆氨酸上的苯环 （9）组氨酸上的咪唑基 色氨酸上的吲哚基 4.某酶的初提取液经过一次纯化后，经测定得到下列数据，试计算比活力，回收率及纯化倍数。 体积（ml）活力单位（u/ml）蛋白氮（mg/ml） 初提取液120 200 2.5 硫酸铵沉淀 5 810 1.5 解：（1）起始总活力：200?120＝24000（单位） （2）起始比活力：200÷2.5＝80（单位/毫克蛋白氮） （3）纯化后总活力810?5＝4050（单位）2 （4）纯化后比活力810÷1.5＝540（单位/毫克蛋白氮） （5）产率（百分产量）：4050÷24000＝17％ （6）纯化倍数：540÷80=6.75
酶工程复习题 一、名词解释 酶的定向固定化、 、抗体酶、 酶的抽提、 分子印迹、 离子交换层析、 生物工程酶、 膜型反应器、 酶工程、 酶活性中心、 酶的比活力、 固定化酶、 酶分子修饰、 鼓泡式反应器、 凝胶层析、 固定化增殖细胞、 别构酶、 肽酶 抗体酶、 酶反应器、 液体发酵法、 别构酶、 诱导酶、 离子交换层析 、修饰酶、 酶回收率、 酶纯化比、 酶的变性、 酶的失活 二、问答题 1、举出四例，说明酶在医学上有广阔的用途。 2、如何检查一种酶的制剂是否达到了纯的制剂？试用所学过的知识加以论述。 3.酶的催化特性1、高效性：酶的催化效率比无机催化剂更高，使得反应速率更快； 2、专一性：一种酶只能催化一种或一类底物，如蛋白酶只能催化蛋白质水解成多肽； 3、温和性：是指酶所催化的化学反应一般是在较温和的条件下进行的。
4、活性可调节性：包括抑制剂和激活剂调节、反馈抑制调节、共价修饰调节和变构调节等。 5.有些酶的催化性与辅因子有关。 6.易变性，由于大多数酶是蛋白质，因而会被高温、强酸、强碱等破坏。 3、固定化细胞有哪些优缺点？ 4、简述生物印迹酶的种类及制备过程 5、固定化酶和游离酶相比，有何优缺点？ 6、酶分子修饰的方法有哪些？酶分子修饰的目的是什么？ 7、简述酶的催化特点和催化机理。 8、举例说明固定化酶（细胞）的制备过程及原理。 9、简述抗体酶的制备方法及应用。 10、固定化方法有哪几种？并阐述各自的机理。 11、阐述酶工程的应用并分别举例说明。 12、对酶进行化学修饰时，应考虑哪些因素？ 14、某酶的初提取液经过一次纯化后，经测定得到下列数据，试计算比活力，回收率及纯化倍数。 15、写出三种分离纯化酶蛋白的方法，并简述其原理。 16、填充床反应器和流化床反应器的优缺点？ 17、酶固定化后性质会发生什么变化？ 18、酶分离纯化的技术路线 19、常用沉淀法的种类及原理。 20、比较各类酶反应器的优缺点 21、双水相萃取、超临界流体萃取、反胶团萃取的原理。 22、等电聚焦的原理与用途。亲和层析的原理是什么？ 23、电泳的基本原理是什么？电泳的种类有哪些？ 三、填空题 1、，，是酶分子修饰中分子内交联最常用的交联剂。 2、固定化对酶反应系统的影响主要有：，，， 。 3、根据酶催化的反应性质可以将酶分为：，， ，，，6大类。 4、1961年，国际酶委会规定的酶活力单位为：在特定的条件下（25o C，PH及底物浓度为 最适宜）__________,催化__________的底物转化为产物的__________为一个国际单位，即1 IU。
第一章细胞培养的基本原理与技术现代生物技术一般认为包括基因工程技术、细胞工程技术、酶工程技术和发酵工程技术，而这些技术的发展几乎都与细胞培养有密切关系，特别是在医药领域的发展，细胞培养更具有特殊的作用和价值。比如基因工程药物或疫苗在研究生产过程中很多是通过细胞培养来实现的。基因工程乙肝疫苗很多是以CHO细胞作为载体；细胞工程中更是离不细胞培养，杂交瘤单克隆抗体，完全是通过细胞培养来实现的，既使是现在飞速发展的基因工程抗体也离不开细胞培养。正在倍受重视的基因治疗、体细胞治疗也要经过细胞培养过程才能实现，发酵工程和酶工程有的也与细胞培养密切相关。总之，细胞培养在整个生物技术产业的发展中起到了很关键的核心作用。第一节体外培养的概念一、基本概念体外培养（in vitro culture），就是将活体结构成分或活的个体从体内或其寄生体内取出，放在类似于体内生存环境的体外环境中，让其生长和发育的方法。组织培养：是指从生物体内取出活的组织（多指组织块）在体外进行培养的方法。细胞培养：是指将活细胞（尤其是分散的细胞）在体外进行培养的方法。器官培养：是指从生物体内取出的器官（一般是胚胎器官）、器官的一部分或器官原基在体外进行培养的方法。 二、体内、外细胞的差异和分化
1、差异：细胞离体后，失去了神经体液的调节和细胞间的相互影响，生活在缺乏动态平衡相对稳定环境中，日久天长，易发生如下变化：分化现象减弱；形态功能趋于单一化或生存一定时间后衰退死亡；或发生转化获得不死性，变成可无限生长的连续细胞系或恶性细胞系。因此，培养中的细胞可视为一种在特定的条件下的细胞群体，它们既保持着与体内细胞相同的基本结构和功能，也有一些不同于体内细胞的性状。实际上从细胞一旦被置于体外培养后，这种差异就开始发生了。 2、分化：体外培养的细胞分化能力并未完全丧失，只是环境的改变，细胞分化的表现和在体内不同。细胞是否表现分化,关键在于是否存在使细胞分化的条件，如Friend细胞（小鼠红白血病细胞）在一定的因素作用下可以合成血红蛋白，血管内皮细胞在类似基膜物质底物上培养时能长成血管状结构，杂交瘤细胞能产生特异的单克隆抗体，这些均属于细胞分化行为。第二节细胞培养的一般过程一、准备工作准备工作对开展细胞培养异常重要，工作量也较大，应给予足够的重视，推备工作中某一环节的疏忽可导致实验失败或无法进行。准备工作的内容包括器皿的清洗、干燥与消毒，培养基与其他试剂的配制、分装及灭菌，无菌室或超净台的清洁与消毒，培养箱及其他仪器的检查与调试。 二、取材在无菌环境下从机体取出某种组织细胞（视实验目的而定），经过一定的处理（如消化分散细胞、分离等）后接入培养器血中，这一过程称为取材。如是细胞株的扩大培养则无取材这一过程。机体取出的组织细胞的首次培养称为原代培养。
酶工程名词解释
名词解释 第一章酶学与酶工程 酶：生物体内进行新陈代谢不可缺少的受多种因素调节控制的具有催化能力的生物催化剂。 酶工程：是酶学和工程学相互渗透结合形成的一门新的技术科学。从应用目的出发研究酶，在一定的生物反应装置中利用酶的催化性质，将相应原料转化成有用的物质。 单体酶（monomeric enzyme）：由一条多肽链组成，如溶菌酶；由多条肽链组成，肽链间二硫键相连构成一整体。 寡聚酶（oligomeric enzyme）：由两个或两个以上的亚基组成的酶。 多酶复合体（multienzyme complex）：由几种酶非共价键彼此嵌合而成。 催化转换数：每个酶分子每分钟催化底物转化的分子数。 酶活力(酶活性)：指酶催化一定化学反应的能力。 酶活力的大小：一定条件下所催化的某一化学反应的反应速度， 酶反应速度：单位时间内底物的减少量或产物的增加量。 酶的活力单位（U，activity unit）：酶活力的大小及酶含量的多少。 酶单位：在一定条件下，一定时间内将一定量的底物转化为产物所需要的酶量。这样酶的含量可以用每克酶制剂或每毫升酶制剂含有多少酶单位来表示（U/g或U/ml）。 Katal（Kat）单位：一个katal单位是指在最适反应条件下，1秒钟催化1moL底物转化为产物所需要的酶量。
酶的比活力（specific activity）：代表酶的纯度，比活力用每mg蛋白质所含有的酶活力单位数表示。对同一种酶比活力愈大，纯度愈高。 酶的转换数：以一定条件下每秒钟每个酶分子转换底物的分子数来表示酶的催化效率。 酶动力学：是研究酶促反应的速度以及影响此速度的各种因素的科学。 抑制剂:任何分子直接作用于酶使他的催化速度降低即称为~。 不可逆抑制作用：抑制剂与酶的必需基团以共价键结合而引起酶活性丧失，不能用透析，超滤或凝胶过滤等物理方法去除抑制剂而使酶复活。 可逆抑制作用：抑制剂与酶以非共价键结合而引起酶活性的降低或丧失，能用物理的方法除去抑制剂而使酶复活。 第二章酶的发酵生产 酶的生物合成：生物体在一定的条件下都能产生多种多样的酶。酶在生物体内产生的过程，称为~。 酶的发酵生产：经过预先设计，通过人工操作控制，利用细胞的生命活动，产生人们所需要的酶的过程，称为酶的发酵生产——是现在酶生产的主要方法。固体发酵法（麸曲培养法）：以麸皮和米糠为主要原料，添加谷糠、豆饼，无机盐和适量水分，制成固体或半固体状态，经灭菌、冷却后，供微生物生长和产酶用。 液体表面发酵法：将已灭菌的液体培养基接种后，装入可密闭的发酵箱内的浅盘中，液体厚约1~2cm，然后向盘架间通入无菌空气，维持一定的温度进行发酵。