蛋白质与酶工程 第二章 微生物发酵产酶.
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第二章微生物发酵产酶名词解释酶生物合成的诱导作用:加入某些物质使酶的生物合成开始或加速进行的现象酶生物合成的反馈阻遏作用:又称产物阻遏作用,是指酶催化反应的产物或代谢途径的末端产物使该酶的生物合成受到阻遏的现象分解代谢物阻遏作用:是指某些物质(主要是指葡萄糖和其他容易利用的碳源等)经过分解代谢产生的物质阻遏某些酶(主要是诱导酶)生物合成的现象判断组成酶or诱导酶受什么阻遏固定化细胞:又称为固定化活细胞或固定化增殖细胞,指采用各种方法固定在载体上,在一定的空间范围进行生长、繁殖和新陈代谢的细胞固定化原生质体:是指固定在载体上,在一定的空间范围内进行新陈代谢的原生质体原生质体:是除去细胞壁后由细胞膜及包内物质组成的微球体。
原生质体由于除去细胞壁这一扩散屏障,有利于胞内物质透过细胞膜分泌到细胞外,可以用于胞内酶等胞内产物的生产。
问答题何为细胞产酶动力学,简述其动力学模型产酶动力学主要研究发酵过程中细胞产酶速率以及各种因素对产酶速率的影响规律,主要为宏观产酶动力学。
根据细胞产酶模式的不同,产酶速率和细胞生长速率的关系也有所不同。
1)同步合成型的酶:其产酶与细胞生长欧联,在平衡期产酶速率为零,即非生长偶联的比产酶速率β=0 方程: dE /dt=αμX2)中期合成型的酶:在培养液中有阻遏物存在,α=0,无酶产生。
在此阶段的产酶动力学方程与同步合成型相同3)滞后合成型:其合成模式为非生长偶联行,生长偶联的比产酶系数α=0 方程: dE/dt=βX4)延续合成型的酶:在细胞生长期和平衡期均可以产酶,产酶速率是生长偶联与非生长偶联产酶速率之和(最理想状态)方程: dE /dt=αμX+βX受mRNA抑制的模型:1)、2)原核生物中酶生物合成的调节主要是转录水平的调节,与酶的生物合成密切相关的基因有4种:调节基因、启动基因、操纵基因和结构基因。
结构基因与操纵基因、启动基因一起组成操纵子。
原核生物中有两种类型操纵子:诱导性,如乳糖操纵子;阻遏型操纵子,如色氨酸操纵子。
第一章绪论问题:试述木瓜蛋白酶的生产方法?答:木瓜蛋白酶可以采用提取分离法、基因工程菌发酵法、植物细胞培养法等多种方法进行生产。
(1)提取分离法:从木瓜的果皮中获得木瓜乳汁,通过各种分离纯化技术获得木瓜蛋白酶。
(2)发酵法:通过DNA重组技术将木瓜蛋白酶的基因克隆到大肠杆菌等微生物中,获得基因工程菌,在通过基因工程菌发酵获得木瓜蛋白酶。
(3)植物细胞培养法:通过愈伤组织诱导获得木瓜细胞,在通过植物细胞培养获得木瓜蛋白酶。
第二章微生物发酵产酶1、解释酶的发酵生产、酶的诱导、酶的反馈阻遏(产物阻遏)、分解代谢物阻遏。
诱导物的种类?答:酶的发酵生产:利用微生物的生命活动获得所需的酶的技术过程;酶的诱导:加进某些物质,使酶的生物合成开始或加速的现象,称为诱导作用;产物阻遏(反馈阻遏):指酶催化反应的产物或代谢途径的末端产物使该酶的生物合成受到阻遏的现象。
分解代谢物阻遏(营养源阻遏):是指某些物质经过分解代谢产生的物质阻遏其他酶合成的现象。
诱导物的种类:诱导物一般是酶催化作用的底物或其底物类似物,有的也是反应产物。
2、微生物产酶模式几种?特点?最理想的合成模式是什么?答:(1)同步合成型特点:a.发酵开始,细胞生长,酶也开始合成,说明不受分解代谢物和终产物阻遏。
b.生长至平衡期后,酶浓度不再增长,说明mRNA很不稳定。
(2)延续合成型特点:a.该类酶一般不受分解代谢产物阻遏和终产物阻遏。
b.该酶对应的mRNA是相当稳定的。
(3)中期合成型特点:a.该类酶的合成受分解代谢物阻遏和终产物阻遏。
b.该酶对应的mRNA不稳定。
(4)滞后合成型特点:a.该类酶受分解代谢物阻遏和终产物阻遏作用的影响,阻遏解除后,酶才大量合成。
b.该酶对应的mRNA稳定性高。
选择:在酶的工业生产中,为了提高酶产率和缩短发酵周期,最理想的合成模式是延续合成型。
3、可以添加什么解除分解代谢物阻遏?表面活性剂的作用?答:(1)一些酶的发酵生产时要控制容易降解物质的量或添加一定量的cAMP,均可减少或解除分解代谢物阻遏作用。
第一章:绪论◆酶:由生物体产生的具有生物催化功能的生物大分子,按照分子中起催化作用的主要组分的不同,自然界中天然存在的酶可以分为蛋白类酶(protein enzyme)和核酸类酶◆酶工程:酶的生产、改性与应用的技术过程称为酶工程◆锁与钥匙学说:底物结构必须与酶活性部位的结构非常互补,就像锁与钥匙一样,这样才能紧密结合,形成酶-底物复合物。
这个学说可以解释酶的绝对专一性,但是不能解释酶的相对专一性。
◆诱导契合理论:酶分子活性中心的结构并不与底物分子的结构互补,但活性中心有一定的柔性,当底物分子与酶分子相遇时可以诱导酶蛋白的构象发生相应的变化,使活性中心的各个结合基团与催化基团达到对底物结构正确的空间排布与定向,从而使酶与底物互补结合,产生酶-底物复合物,并使底物发生化学反应◆中间产物学说:酶首先与底物结合成酶-底物复合物,然后转变成酶-过渡态中间物复合物,然后,生成酶-产物复合物,最后从酶分子上释放产物,从而大大降低反应的活化能(分子由基态转变为过渡态即活化态所需的能量)。
◆Km 值是当酶反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度◆竞争性抑制:抑制剂竞争性与酶的活性中心结合,从而阻止底物与酶的结合。
这是最常见的一种可逆抑制作用。
随着底物浓度增加,酶的抑制作用减弱。
Vm 不变,Km 增大◆非竞争性抑制:底物和抑制剂可以同时与酶结合,抑制剂结合于活性中心以外的部位,两者没有竞争作用,但影响产物的释放,Vm 降低,Km 不变◆反竞争性抑制Vm 降低,Km 减小◆酶活力:酶催化底物发生化学反应的能力。
测定酶活力,实际上就是测定酶促反应进行的速度。
酶促反应速度越快,酶活力就越大;反之,速度越慢,酶活力就越小。
◆酶的比活力:每毫克酶蛋白(酶制剂)所含的酶活力单位数称为酶的比活力,用U/mg 蛋白表示。
酶的比活力是酶制剂的一个纯度指标。
对同一种酶来说,比活力愈高,表明酶纯度愈高。
◆酶的生产方法:.提取分离法;生物合成法;化学合成法第二章:微生物发酵产酶结构基因、操纵基因与启动基因一起组成操纵子,分为诱导型与阻遏型。
酶工程期末复习第一章绪论1、酶是具有生物催化功能的生物大分子,分为蛋白类酶(P酶)和核酸类酶(R酶)。
2、酶的生产(enzyme production)是指通过各种方法获得人们所需的酶的技术过程。
3、酶的改性(enzyme improving)是通过各种方法改进酶的催化特性的技术过程,主要包括酶分子修饰,酶固定化,酶的非水相催化和酶定向进化等。
4、酶的应用(enzyme application)是通过酶的催化作用获得人们所需的物质,除去不良物质或者获取所需信息的技术过程。
5、酶活力是指在一定条件下,酶所催化的反应初速度。
单位是国际单位IU或卡特(kat)6、酶的比活力(specific activity)是酶纯度的亮度指标,是指在特定条件下,单位重量蛋白质或RNA所具有的酶活力单位数。
7、酶的生产方法可以分为提取分离,反生物合成法和化学合成法三种。
(1)何谓酶工程,试述其主要内容和任务酶工程是指酶的生产、改性和应用的技术过程酶工程的主要内容包括微生物细胞发酵产酶、动植物细胞培养产酶、酶的提取与分离纯化、酶分子修饰、酶固定化、酶的非水相催化、酶定向进化、酶反应器、酶的应用主要任务:经过预先设计,通过人工操作,优质生产获得人们所需的酶,并通过各种方法改进酶的催化特性,充分发挥其催化功能,对酶进行高效应用(2)酶有哪些显著的催化特性?专一性强、催化效率高、作用条件温和(3)简述影响酶催化作用的主要因素底物浓度(主要)、酶浓度、温度、pH、激活剂浓度、抑制剂浓度(4)简述酶活力单位的概念和测定酶活力的基本步骤-酶活力单位:在特定条件下(温度可采用25℃,pH等条件均采用最适条件),每1min催化1微摩尔的底物转化为产物的酶量定义为1个酶活力单位。
基本步骤:(1)根据酶催化的专一性,选择适宜的底物,并配制成一定浓度的底物溶液。
(2)根据酶的动力学性质,确定酶催化反应的温度、pH、底物浓度、激活剂浓度等反应条件(3)在一定的条件下,将一定量的酶液和底物溶液混合均匀,适时记下反应开始的时间。
.第一章绪论1、何为酶工程,试述其主要内容和任务。
答:(1)酶工程:酶的生产、改性与应用的技术过程称为酶工程。
(2)主要内容:微生物细胞发酵产酶,动植物细胞培养产酶,酶的提取与分离纯化,酶分子修饰,酶、细胞、原生质体固定化,酶非水相催化,酶定向进化,酶反应器和酶的应用等。
(3)主要任务:经过预先设计,通过人工操作获得人们所需的酶,并通过各种方式使酶的催化特性得以改进,充分发挥其催化功能。
2、酶有哪些显著的催化特性?答:(1)酶催化作用的专一性强(①绝对转移性:一种酶只能催化一种第五进行一种反应;②相对专一性:一种酶能够催化一类结构相似的底物进行某种相同类型的反应);(2)酶催化作用的效率高(10~10倍);137(3)酶催化作用条件温和。
3、简述影响酶催化作用的主要因素。
答:(1)底物浓度的影响:决定酶催化作用的主要因素。
酶催化反应速度随底物浓度增加现增加在逐步趋向平衡再反而下降。
(2)酶浓度的影响:底物浓度足够高的条件下,酶催化反应速度与酶浓度成正比。
(3)温度的影响:适宜温度范围内,酶能进行催化反应,最适温度条件下,酶的催化反应速度达到最大。
一般60°C以上易失活,5°C以下活性极低,Taq聚合酶95°C下仍稳定。
(4)PH的影响:适宜PH范围内,酶才能显示其催化活性,最适pH条件下,酶催化反应速度达到最大。
(5)抑制剂的影响:在抑制剂的影响下,酶的催化活性降低甚至丧失,从而影响酶的催化功能,有竞争性抑制、非竞争性抑制、反竞争性抑制。
(6)激活剂的影响:在激活剂的作用下,酶的催化活性提高或者由无活性的酶生成有催化活性的酶。
如Ca、Mg、Co、Zn、Mn、等金属离子和Cl等无机负离子。
5、简述酶活力单位的概念和酶活力的测定方法。
答:概念:在特定条件下(温度可采用25°C,pH等条件均采用最适条件),每1min催化1μmol 的底物转化为产物的酶量定义为1个酶活力单位(IU)。
第二章微生物发酵产酶名词解释酶生物合成的诱导作用:加入某些物质使酶的生物合成开始或加速进行的现象酶生物合成的反馈阻遏作用:又称产物阻遏作用,是指酶催化反应的产物或代谢途径的末端产物使该酶的生物合成受到阻遏的现象分解代谢物阻遏作用:是指某些物质(主要是指葡萄糖和其他容易利用的碳源等)经过分解代谢产生的物质阻遏某些酶(主要是诱导酶)生物合成的现象判断组成酶or诱导酶受什么阻遏固定化细胞:又称为固定化活细胞或固定化增殖细胞,指采用各种方法固定在载体上,在一定的空间范围进行生长、繁殖和新陈代谢的细胞固定化原生质体:是指固定在载体上,在一定的空间范围内进行新陈代谢的原生质体原生质体:是除去细胞壁后由细胞膜及包内物质组成的微球体。
原生质体由于除去细胞壁这一扩散屏障,有利于胞内物质透过细胞膜分泌到细胞外,可以用于胞内酶等胞内产物的生产。
问答题何为细胞产酶动力学,简述其动力学模型产酶动力学主要研究发酵过程中细胞产酶速率以及各种因素对产酶速率的影响规律,主要为宏观产酶动力学。
根据细胞产酶模式的不同,产酶速率和细胞生长速率的关系也有所不同。
1)同步合成型的酶:其产酶与细胞生长欧联,在平衡期产酶速率为零,即非生长偶联的比产酶速率β=0 方程: dE /dt=αμX2)中期合成型的酶:在培养液中有阻遏物存在,α=0,无酶产生。
在此阶段的产酶动力学方程与同步合成型相同3)滞后合成型:其合成模式为非生长偶联行,生长偶联的比产酶系数α=0 方程: dE/dt=βX4)延续合成型的酶:在细胞生长期和平衡期均可以产酶,产酶速率是生长偶联与非生长偶联产酶速率之和(最理想状态)方程: dE /dt=αμX+βX受mRNA抑制的模型:1)、2)原核生物中酶生物合成的调节主要是转录水平的调节,与酶的生物合成密切相关的基因有4种:调节基因、启动基因、操纵基因和结构基因。
结构基因与操纵基因、启动基因一起组成操纵子。
原核生物中有两种类型操纵子:诱导性,如乳糖操纵子;阻遏型操纵子,如色氨酸操纵子。
1 酶是具有生物催化功能的生物大分子, 按照其化学组成, 可以分为蛋白类酶(P 酶) 和核酸类酶( R 酶) 两大类别。
蛋白类酶主要由蛋白质组成, 核酸类酶主要由核糖核酸( R N A ) 组成。
2 酶的生产与应用的技术过程称为酶工程。
酶工程的主要内容包括: 微生物细胞发酵产酶、动植物细胞培养产酶, 酶的提取与分离纯化, 酶分子修饰, 酶、细胞和原生质体固定化、酶的非水相催化、酶反应器和酶的应用。
酶工程的主要任务是经过预先设计, 通过人工操作, 获得人们所需的酶, 并通过各种方法使酶充分发挥其催化功能的技术过程。
3 酶是生物催化剂, 与非酶催化剂相比, 具有专一性强, 催化效率高和作用条件温和等显著特点。
4 酶的催化作用受到底物浓度、酶浓度、温度、p H 值、激活剂浓度、抑制剂浓度等诸多因素的影响。
在酶的应用过程中, 必须控制好各种环境条件, 以充分发挥酶的催化功能。
5 根据国际酶学委员会的建议, 每一种具体的酶都有其推荐名和系统命名。
6 。
酶的推荐名一般由两部分组成: 第一部分为底物名称, 第二部分为催化反应的类型。
后面加一个“酶”字(-ase)。
不管酶催化的反应是正反应还是逆反应, 都用同一个名称。
例如, 葡萄糖氧化酶(glucose oxidase), 表明该酶的作用底物是葡萄糖, 催化的反应类型属于氧化反应。
7 酶的系统命名则更详细、更准确地反映出该酶所催化的反应。
系统名称(syste m atic na m e) 包括了酶的作用底物、酶作用的基团及催化反应的类型。
8 酶活力是指在一定条件下, 酶所催化的反应初速度。
在外界条件相同的情况下, 反应速度越大, 意味着酶活力越高。
9 1961 年国际生物化学与分子生物学联合会规定: 在特定条件下(温度可采用25℃, p H 值等条件均采用最适条件), 每1 min 催化 1 μm ol 的底物转化为产物的酶量定义为1 个酶活力单位, 这个单位称为国际单位(I U )。
第一章绪论试题精选一、名词解释1、酶2、酶工程3、核酸类酶4、蛋白类酶5、酶的生产6、酶的改性7、酶的应用8、酶的专一性9、酶的转换数二、填空题1、根据分子中起催化作用的主要组分的不同,酶可以分为_蛋白类酶_和核酸类酶_两大类。
2、核酸类酶分子中起催化作用的主要组分是_核糖核酸,蛋白类酶分子中起催化作用的主要组分是_蛋白质_。
3、进行分子内催化作用的核酸类酶可以分为_自我剪切酶_,_自我剪接酶_。
4、酶活力是_酶量_的量度指标,酶的比活力是_酶纯度_的量度指标,酶的转换数的主要组分是_酶催化效率_的度量指标。
5、非竞争性抑制的特点是最大反应速度Vm_减小_,米氏常数Km__不变_。
三、选择题1、酶工程是(C)的技术过程。
A、利用酶的催化作用将底物转化为产物B、通过发酵生产和分离纯化获得所需酶C、酶的生产与应用D、酶在工业上大规模应用2、核酸类酶是(D)。
A、催化RNA进行水解反应的一类酶B、催化RNA进行剪接反应的一类酶C、由RNA组成的一类酶D、分子中起催化作用的主要组分为RNA的一类酶3、RNA剪切酶是(B)。
A、催化其他RNA分子进行反应的酶B、催化其他RNA分子进行剪切反应的R酶C、催化本身RNA分子进行剪切反应的R酶D、催化本身RNA分子进行剪接反应的R酶4、酶的改性是指通过各种方法(A)的技术过程。
A、改进酶的催化特性B、改变酶的催化特性C、提高酶的催化效率D、提高酶的稳定性5、酶的转换数是指(C)。
A、酶催化底物转化成产物的数量B、每个酶分子催化底物转化为产物的分子数C、每个酶分子每分钟催化底物转化为产物的分子数D、每摩尔酶催化底物转化为产物的摩尔数四、判断题(V)1、相同的酶在不同的pH条件下进行测定时,酶活力不同。
(V)2、竞争性抑制的特点是最大反应速度Vm不变,米氏常数Km 增大。
(X)3、催化两个化合物缩成一个化合物的酶称为合成酶。
(X )4、RNA剪切酶是催化RNA分子进行剪切反应的核酸类酶。