天津市高等教育自学考试课程考试大纲
课程名称：生化反应工程课程代码：3283
第一部分课程性质与目标
一、课程性质与特点
《生化反应工程》是高等教育自学考试生物技术（生物制药方向）专业的一门专业课，是在完成生物化学、微生物学、物理化学和化工原理等课程后开设的必修课程之一。本课程的学习对全面掌握生物技术进行生化工程的研究开发起着重要的作用。
本课程重点论述了生化反应过程动力学和生化反应器两个方面。前者着重论述了均相酶催化反应、固定化酶催化反应和细胞反应过程的基本动力学规律，并重点探讨了传递因素对反应动力学的影响及处理方法；对于生化反应器的设计和分析，则重点讨论了三种理想反应器，并适当介绍了对非理想流动反应器的处理方法。通过学习可以使学生对于生化反应工程有较系统的认识，达到熟悉并掌握该课程的基本任务、内容、研究对象和研究方法。
本大纲是根据国家教育部制定的高等教育自学考试生物技术专业本科生培养目标编写的，立足于培养高素质人才，适应生物制药专业的培养方向。本大纲叙述的内容尽可能简明，便于自学。
二、课程目标与基本要求
本课程的目标和任务是使学生通过本课程的自学和辅导考试，进行有关生化反应工程的基础理论、基本知识的考察和训练，并了解现代生化反应的进展，为今后的学习和工作打下坚实的基础。
课程基本要求如下：
1、了解生化反应工程的特点、任务、研究的对象及研究的内容和方法。
2、掌握均相酶催化反应、固定化酶催化反应动力学的规律和动力学方程、传递因素对反应动力学的影响及其处理方法。
3、掌握细胞反应过程计量学、细胞反应过程动力学的规律及动力学方程。
4、了解生化反应器的种类、基本设计方程和动物细胞培养反应器的种类。掌握三种理想生化反应器、半间歇半连续反应器的设计式和相关的计算。
5、学习生化反应器的流动模型与放大，了解停留时间的定量描述和理想流动模型。掌握停留时间分布密度、分布密度函数及统计特征值的计算，熟悉三种非理想流动模型及相应的计算。
三、与本专业其他课程的关系
本课程在生物制药专业的教学计划中被列为专业课，在生物化学、微生物学、物理化学和化工原理课程与生物制药工程等学科之间有着承前启后的相互联系作用，本课程的学习对全面掌握生物技术专业各学科的知识起着重要作用。
第二部分考核内容与考核目标
第一章绪论 (一般)
一、学习目的与要求
通过本章的学习，了解生化工程与生化反应工程。
二、考核知识点与考核目标
识记：了解生化反应过程的任务、特点、反应器的类型、研究的对象及研究的内容和方法。
第二章均相酶催化反应动力学
一、学习目的与要求
通过本章的学习，了解均相酶催化反应的特点、影响酶催化反应速率的因素。掌握简单酶催化反应、有抑制的酶催化反应和复杂的酶催化反应动力学方程的建立及方程中各参数的求取。
二、考核知识点与考核目标
（一）酶催化反应的基本特征（一般）
识记：了解酶催化的共性与四大特性，酶的催化效率的3种表示方法。
（二）简单的酶催化反应动力学（重点）
识记：了解推导酶催化反应动力学三点假设、“平衡”假设、“拟稳态”假设和酶的转化数的概念。
理解：米氏方程的推导过程、方程中各参数的定义。
应用：能根据酶催化反应机理推导出米氏方程，能通过实验数据求取方程中各参数。（三）有抑制的酶催化反应动力学（重点）
识记：了解抑制剂的概念及抑制作用的两大分类。
理解：各种有抑制的酶催化反应动力学的特点、各种有抑制的酶催化反应速率与底物浓度的关系。
应用：能根据各种有抑制的酶催化反应机理推导出动力学方程，及方程中各参数的求取。
（四）复杂的酶催化反应动力学（次重点）
识记：多底物酶、变构酶催化反应动力学的特点、模型
理解：双底物酶反应系统中复合物形成的三种最简单的情况、变构酶的概念及各自动力学方程的形式。
（五）影响酶催化反应速率的因素（一般）
识记：了解影响酶催化反应速率的两个主要因素：pH值和温度。
第三章固定化酶催化反应过程动力学
一、学习目的与要求
通过本章的学习，了解固定化酶催化反应过程的特征、影响固定化酶催化反应动力学的因素，掌握外扩散、内扩散限制效应及内、外有效因子。
二、考核知识点与考核目标
（一）固定化酶催化的动力学特征（一般）
识记：了解酶的固定化对酶的活性、稳定性的影响及影响固定化酶催化反应动力学的因素。
（二）外扩散限制效应（重点）
识记：了解固定化酶与液相反应物相接触的反应步骤。
理解：掌握外扩散传质速率、无因次准数（丹克莱尔数）的定义式和物理意义、外扩
的定义式。
散有效因子
E
应用：熟悉对不同反应级数的不可逆反应的外扩散有效因子的计算。
（三）内扩散限制效应（重点）
识记：了解液体在微孔内的2种扩散机理和微孔内反应组分的浓度分布方程。
理解：掌握5种载体结构参数的定义，有效扩散系数D e、梯勒模数 及内扩散有效
因子的定义式和物理意义。
应用：熟悉不同形状载体上内扩散有效因子和内扩散存在下的酶催化反应速率的计算。
（四）内外扩散同时存在时时的限制效应（一般）
识记：了解内外扩散同时存在的总有效因子的定义、化学抑制和分配效应对有效因子的影响。
理解：Bior准数的定义和物理意义。表观梯勒模数与总有效因子的关系。
第四章细胞反应过程动力学
一、学习目的与要求
通过本章的学习，了解细胞反应过程的特征和计量学，掌握细胞生长、基质消耗与产物生成动力学及细胞反应动力学参数的估算。
二、考核知识点与考核目标
（一）细胞反应过程计量学（次重点）
识记：了解细胞反应过程的3个主要特征。
理解：掌握细胞的分子式、呼吸商和细胞得率的定义及元素衡算方程。
应用：应用衡算方程进行计算并熟悉计算细胞反应过程的得率系数。
（二）细胞生长的非结构动力学（重点）
识记：了解细胞生长动力学模型的简化、简化的内容、反应速率的定义及温度和pH 值对细胞生长动力学的影响。
理解：掌握绝对速率、比速率概念及细胞生长过程的五个阶段。
应用：熟悉运用分批培养时、有抑制和无抑制的细胞生长动力学方程进行计算。（三）基质消耗与产物生长动力学（重点）
识记：了解维持代谢的基质消耗和代谢产物生成的动力学描述及细胞反应中的产热速率。
理解：掌握各速率方程的定义式、基质最大比消耗、摄氧率等概念。
应用：熟练应用各速率方程进行计算。
（四）细胞死亡动力学（一般）
识记：了解细胞死亡的原因及受热死亡的模型。
（五）细胞反应动力学参数的估算（次重点）
识记：了解微分反应器和积分反应器的特点、作用。
理解：掌握常用于动力学参数估算的两种方法（微分法、积分法）和最小二乘法。
应用：熟练应用上述方法计算细胞反应动力学方程中各参数。
（六）固定化细胞反应动力学（一般）
识记：了解细胞固定化的方法。
理解：掌握生物膜内的扩散限制和絮凝物内的扩散限制的有效因子的计算式。
第五章生化反应器的设计与分析
一、学习目的与要求
通过本章的学习，了解生化反应器的分类、操作形式和基本设计方程、半间歇半连续操
作反应器和动物细胞培养反应器。掌握间歇反应器(BSTR)、连续操作的搅拌槽式反应器（CSTR）、连续操作的管式反应器(CPFR)的有关计算。
二、考核知识点与考核目标
（一）生化反应器设计概论（一般）
识记：了解生化反应器的种类、操作形式及设计的基本方程。
（二）间歇操作搅拌槽式反应器（BSTR）(重点)
识记：间歇反应器的特点、反应时间、反应所需时间、反应有效体积的概念。
理解：掌握在间歇反应器中进行酶催化反应、细胞反应时反应时间和反应有效体积的计算公式及过程最优化。
应用：能熟练进行间歇反应器有关的计算。
（三）连续操作搅拌槽式反应器（CSTR）（重点）
识记：了解连续操作搅拌槽式反应器的特点，单级CSTR、带有细胞循环的单级CS 和多级CSTR串联反应器的特征。
理解：掌握集中参数模型、“返混”、空时 、稀释率D、比生长速率、循环比等概念和各种反应器的设计方程。
应用：熟练应用反应器的设计方程进行相关的计算。
（四）连续操作的管式反应器（CPFR）（重点）
识记：了解活塞流模型的假设、酶催化反应时的CPFR及带有循环的CPFR的特征。
理解：掌握各种活塞流反应器的设计式，各种生化反应过程中CSTR与CPFR的性能比较。
应用：能应用上述反应器的计算式进行相关的计算。
（五）半间歇半连续操作的生化反应器（次重点）
识记：了解半间歇半连续操作反应器的特点。
理解：掌握流加操作和反应-分离耦合两种反应器的数学模型和几种耦合的过程。（六）动物细胞培养反应器（一般）
识记：了解动物细胞培养的特点、笼式通风搅拌反应器、贴壁培养反应器、微载体悬浮培养反应器和植物细胞培养反应器。
第六章生化反应器的流动模型与放大
一、学习目的与要求
通过本章的学习，了解非理想流动模型的特点、停留时间分布的概念、测试方法和函数的统计特征值、理想流动模型和三种非理想流动模型。
二、考核知识点与考核目标
（一）停留时间分布（重点）
识记：了解停留时间分布的概念、停留时间分布的定量描述和测试方法（阶跃法、脉冲法）。
理解：掌握描述停留时间分布的几个量（停留时间分布密度、停留时间分布函数、无因次时间）和统计特征值（数学期望、方差）的定义式。
应用：熟悉运用实验数据进行停留时间分布的计算。
（二）生化反应器的理想流动模型（次重点）
识记：了解两种理想流动模型的模型假设和模型的特征。
理解：掌握两种理想流动模型的数学模型。
应用：运用理想流动的数学模型进行计算。
（三）生化反应器的非理想流动模型（重点）
识记：了解实际流动状况偏离理想流动的原因和3种非理想流动模型。
理解：掌握3种模型（槽列模型、一维扩散模型、组合模型）的物理和数学模型及模型参数。
应用：熟练应用上述模型进行相关的计算。
（四）非理想流动对细胞反应过程的影响（一般）
识记：了解非理想流动对连续灭菌过程、鼓泡塔反应器内细胞生长、气升式反应器内细胞生长的影响。
理解：掌握非理想流动对3种反应过程影响的数学表达式。
（五）生化反应器的放大（一般）
识记：了解生化反应器放大的四种方法。
应用：掌握四种放大方法的具体应用。
第三部分有关说明与实施要求
一、考核目标的能力层次表述
本大纲在考核目标中按着“识记”、“理解”、“应用”等三个能力层次规定考生应达到的能力层次要求，各能力层次为递进等级关系，后者必须建立在前者的基础上，其含义是：识记：能知道有关的名词、概念、知识的含义，并能正确认识和表达。
理解：在了解的基础上，能全面把握基本概念、基本原理、基本方法与技能，并把握上述内容的区别和联系。
应用：在理解的基础上，能运用基本概念、基本原理、基本方法与技能，分析和解决有关的理论和实际问题，并能够运用多个知识点进行综合分析，解决问题。
二、教材
《生化反应动力学与反应器》，戚以政、汪叔雄编著，化学工业出版社，1999。
三、自学方法指导
1、在开始学习指定教材每一章之前，应先阅读大纲中有关这一章考核知识点及对知识点的能力层次要求和考核目标，使阅读材料时有的放矢。
2、阅读材料时，要仔细阅读，逐句推敲，深刻理解基本概念、基本理论，牢固把握基本方法与技能。
3、自学过程坚持做好读书笔记，做到有归纳、有总结、有理解。自学过程中除了勤于思考外，还要勤于提问，勤于请教，勿死记硬背，生搬硬套，急于求成。要注意所学内容纵向和横行的联系。
四、对社会助学的要求
1、应熟知考试大纲对课程提出的目标总要求和各章应掌握的知识点。
2、应熟知各知识点要求达到的能力层次，并深刻体会与理解各知识点的考核目标。
3、辅导时应注意指导考生加强本学科研究方法的训练，加强考生自学能力、观察和思维理解能力、分析解决问题能力及创新意识的培养。
4、辅导时应以考试大纲为准，指导教材为基础，避免随意超纲。
5、辅导时协助考生理解知识点的能力层次，不可将试题难易与能力层次直接挂钩。
6、辅导时应突出重点，对学生要启发引导，不可让学生死记硬背。
7、辅导时应要求学生刻苦学习，钻研教材，独立思考，勤于提问。
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五、关于命题考试的若干规定
1、大纲各章所提到的考核内容和考核目的都是考试内容，试题覆盖到章，适当突出重点，试题内容不出纲。
2、试卷中试题比例一般为识记占20%，理解占35%，应用占45%。
3、反映不同难易度的试题分数比例一般为易占20%、较易占30%、较难占30%、难占20%。
4、每份试卷中各类考核点所占的比例约为重点占65%、次重点占25%，一般占10%。
5、试题类型一般为：填空、名词解释、单项选择、简答题和计算题。
6、试卷采用闭卷笔试，考试时间为150分钟，采用百分制评分，60分为及格。
六、题型示例
（一）填空
酶催化效率的3种表示方法为 、 和 。
（二）名词解释
“拟稳态”假设
停留时间分布
（三）单项选题
用无因次时间θ表示全混流反应器的停留时间分布函数为θθ--=e F 1)(，当θ=0.8时， F （0.8）= 。
A ．0.25
B ．0.5
C ．0.75
D ．0.551
（四）简答题
简述活塞流流动模型。
（五）计算题
在一间歇操作的反应器内进行一均相的无抑制的酶催化反应，已经测得该酶催化反应的动力学参数为k +2=1min -1,K m =2mol/L ,加入酶的初始浓度C E0=1mol/L 。加入反应底物的初始浓度为2mol/L 。
试求 要求每1h 生产某产品1000mol ，反应底物的转化率为0.8，并且每一操作周期
内所需要的辅助时间为10min 。此时所需的反应器有效体积V R 为多少？
《生化危机》的起源 《生化危机》系列首款作品的故事发生在1998，但实际上，整个系列剧情的起源是从1960年4月开始，一个欧洲的世袭贵族家庭阿什福德的第五代继承人爱德华·阿什福德，与他的大学同学奥斯威尔·斯宾塞在非洲旅行的时候发现了一种当地人称为“太阳阶梯”的花朵，其花粉里含有一种能够破坏人体DNA的毒素。两人将这个病毒命名为始祖病毒。爱德华请教了他在大学时候的病毒学教授詹姆斯·马库斯，马库斯对始祖病毒的研究方向提供了非常多的意见。 斯宾塞是这三人中最具野心的一个，心狠手辣，在《生化危机》1代的洋馆建成后，诱骗洋馆的建筑师乔治的一家三口成为了首例残忍的人体试验品，之后又在始祖病毒的研究过程中先后害死了爱德华和马库斯，并创立了套着国际制药公司马甲的安布雷拉集团，实质是从事生化武器的研究。 斯宾塞的所作所为间接造就了威斯克、威廉.伯金和“代号：维罗尼卡”阿莉希亚兄妹这样的BOSS级人马，在日后影响着整个《生化危机》的剧情走向。 1988年，马库斯对T病毒的研究达到了一个新阶段“水蛭病毒”后，却被斯宾塞所害，最后跟水蛭病毒融合，进入了长达10年的休眠期。同年，威廉.伯金成功研制出强大的生体武器暴君，此后，威廉在1991年发现G病毒，并开始转向到对G病毒的研究。 1992年开始，安布雷拉开始逐渐掌控浣熊市，并把这里作为重点研究基地，买通了当地警察把囚犯送到实验室进行实验。警察局内的特殊战术与救援部队：special tactics a nd rescue servico，即ST ARS，也被安布雷拉所掌控。 1998年，结束十年休眠期的马库斯强化版苏醒，并展开了复仇计划，ST ARS部队被任命前往调查，自此，《生化危机》的故事正式展开。 《生化危机0》故事开始
生物反应工程原理复习资料 生物反应过程与化学反应过程的本质区别在于有生物催化剂参与反应。 生物反应工程是指将实验室的成果经放大而成为可提供工业化生产的工艺工程。 酶和酶的反应特征 酶是一种生物催化剂，具有蛋白质的一切属性；具有催化剂的所有特征；具有其特有的催化特征。 酶的来源：动物、植物和微生物 酶的分类：氧化还原酶、水解酶、裂合酶、转移酶、连接酶和异构酶 酶的性质：1）催化共性：①降低反应的活化能②加快反应速率③不能改变反应的平衡常数。 2)催化特性：①较高的催化效率 ②很强的专一性 ③温和的反应条件 易变性和失活 3）调节功能：浓度、激素、共价修饰、抑制剂、反馈调节等 固定化酶的性质 固定化酶：在一定空间呈封闭状态的酶，能够进行连续反应，反应后可以回收利用。 与游离酶的区别： 游离酶----一般一次性使用（近来借助于膜分离技术可实现反复使用） 固定化酶--能长期、连续使用（底物产物的扩散过程对反应速率有一定的影响；一般情况下稳定性有所提高；以离子键、物理吸附、疏水结合等法固定的酶在活性降低后，可添加新鲜酶溶液，使有活性的酶再次固定，“再生”活性） 固定化对酶性质的影响：底物专一性的改变 、稳定性增强 、最适pH 值和最适温度变化、动力学参数的变化 单底物均相酶反应动力学 米氏方程 快速平衡法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的形成不会降低CS （2）不考虑 这个可逆反应（3） 为快速平衡， 为整个反应的限速阶段，因此ES 分解成产物不足以 破坏这个平衡 稳态法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的形成不会降低CS （2）不考虑 这个可逆反应（3）中间复合物ES 一经分解，产生的游离酶立即与底物结合，使中间复合物ES 浓度保持衡定，即 P E ES S E k k k +→+?-2 1 1 P E ES +←ES S E ?+P E ES +→P E ES +←0=dt dC ES
化学反应工程考试总结 一、填空题： 1.所谓“三传一反”是化学反应工程学的基础，其中“三传”是指质 量传递、热量传递和动量传递，“一反”是指反应动力学。 2.各种操作因素对于复杂反应的影响虽然各不相同，但通常温度升 高有利于活化能高的反应的选择性，反应物浓度升高有利于反应级数大的反应的选择性。 3.测定非理想流动的停留时间分布函数时，两种最常见的示踪物输 入方法为脉冲示踪法和阶跃示踪法。 4.在均相反应动力学中，利用实验数据求取化学反应速度方程式的 两种最主要的方法为积分法和微分法。 5.多级混合模型的唯一模型参数为串联的全混区的个数N ，轴 向扩散模型的唯一模型参数为Pe（或Ez / uL）。 6.工业催化剂性能优劣的三种最主要的性质是活性、选择性和稳 定性。 7.平推流反应器的E函数表达式为 , () 0, t t E t t t ?∞= ? =? ≠ ?? ，其无 因次方差2θσ= 0 ，而全混流反应器的无因次方差2θσ＝ 1 。 8.某反应速率常数的单位为m3 / (mol hr )，该反应为 2 级 反应。 9.对于反应22 A B R +→，各物质反应速率之间的关系为 (-r A)：(-r B)：r R＝ 1：2：2 。
10.平推流反应器和全混流反应器中平推流更适合于目的产 物是中间产物的串联反应。 →+，则其反应速率表达式不能确11.某反应的计量方程为A R S 定。 12.物质A按一级不可逆反应在一间歇反应器中分解，在67℃时转化 50％需要30 min, 而在80 ℃时达到同样的转化率仅需20秒，该反应的活化能为 3.46×105 (J / mol ) 。 13.反应级数不可能（可能/不可能）大于3。 14.对于单一反应，在相同的处理量和最终转化率条件下，选择反应 器时主要考虑反应器的大小；而对于复合反应，选择反应器时主要考虑的则是目的产物的收率； 15.完全混合反应器（全混流反应器）内物料的温度和浓度均一， 并且等于（大于/小于/等于）反应器出口物料的温度和浓度。 二.单项选择 10.(2) B 1、气相反应CO + 3H2CH4 + H2O进料时无惰性气体，CO与2H以1∶2 δ=__A_。 摩尔比进料，则膨胀因子CO A. -2 B. -1 C. 1 D. 2 2、一级连串反应A S P在间歇式反应器中，则目的产物P C___A____。 的最大浓度= max ,P
中国生物化学的发展与展望 历史的回顾 生物化学是一门比较年轻的学科，在我国正处于发展阶段。它是在化学、生物学和生理学中孕育出生而成长起来的。生理学之父法国拉瓦锡(Lavaisier 1743-1794)在恐怖政权迫害之下，敢于冒天下之大不匙.首先提出了呼吸和新陈代谢的正确概念。这就给生理学和生物化学莫定了良好的基石.十九世纪德国化学家莱比锡(Liebig)在拉瓦锡学派影响下，开始注意动植物机体的化学组成成分。他Ai慕尼黑建立了第一个类似生物化学的有机化学实验室，许多国家的学者纷纷来到莱比踢的实}fL室学习因而形成了慕尼黑学派。学派中伏依提(Voit)提出了营养和能量代谢的重要性。这些冲国学者回到本国后都成为生物化学的创始人。当时这些学者和他们的学生的工作特卢、，是在理论的塞础上创立了许多生物化学技术和方法。际上著名的我国生物化学家即孙弗林的亲宇学生和同工者，他们在血液分析方法中作出了巨大贡敲.文献中以弗林一一吴(Fol inwu)法名之。 美国洛克菲勒研究所的万斯赖克(Vanslyke)在弗林的鼓舞下对血液气沐介析、氛毯陡分析等方法不出了很大贡献。万氏在二十年代曾来中国任北京协和医院生物化学系教授兼主任。1.123年吴宪教授自哈佛大学回国后即继承万氏职务。我国在廿年代尚无生物化学专业教学和杆研机构r仅少教医学院设有生物化学系。在30年代我国著名生物学家秉志教授主持之中国科学社生物研究所.由怅宗汉教授筹备成二了生理学研究室，由郑集教授筹备生物化学研究室.这个研究室可算是我国第一个生物飞学专业机构01937年日本军国主义入侵我国叶，中央大学医学院及生物研完室的两个生物化学实脸室均迁入成都华丙大学校园继续工作，齐晋大学同时亦迁入华大佼地，于是提供了学术合作的良好机会。这不(q 4-现在教学科研上，还体现在生物化学的学术活动上。例如由郑集倡导之“生物化学报告讨论会”和约同成都 生物化学及营养工作者组织之“成都生物化学会”，以及生物化学文献讨论会。这些学术活动对发展我la生物化学起了一定的良好作用。当时的“成都生物化学会”是我国第一个生417 St学专业的学术组织。1948牟郑集教授约同林国fl,,、万听等倡汉组织中国生物化学学会，并推万听、林国镐、李纷文、郑集、il f-树模、刘思职、兰天鹤等七人为筹备委员。当时正值解放战争即将全而胜刊，学会茧未正式成立但已有萌芽。郑集教授于1940年在中央天学医学院于成都布后街成立生物化学研完听‘这是我国生物化学发展史上第一个生物化学专业研完沂，先后培养硕士级研完生川余名、其中有国内冲知名之生物化学家、营养学家。1947年兰天鹤留美归国，随身带回友人赠之一批生物化学基本仪器，即在华丙大学成立生物化学研究听。这是在郑集教授影响下医学院内设立之第二个生物化学研究所。除上述两个研究所冲.中央研究院化学研究所还有一个小的生物化学研究室。英国在上海设立之雷士德研究所(Listerinstitute)在侯祥川教授主持下，对我国生物化学及营养学的发展作出了巨大贡献。解放前我国没有一本中文的生物化学教科书和实验教程。1938年郑集编写了“生物化学实p1手j}j，l (A Laboratory Manual of Biochemistry)正式在.成都华英书局出版。这是我国第一本自编的生物化学实验手册。 12
绪论 1.生物技术产品的生产过程主要由哪四个部分组成？ （1）原材料的预处理； （2）生物催化剂的制备； （3）生化反应器及其反应条件的选择和监控； （4）产物的分离纯化。 2.什么是生化反应工程,生化反应工程的研究的主要内容是什么 定义：以生化反应动力学为基础，运用传递过程原理及工程学原理与方法，进行生化反应过程的工程技术分析、开发以及生化反应器的设计、放大、操作控制等综合边缘学科。 主要内容：生物反应动力学和生物反应器的设计，优化和放大 3. 生物反应过程的主要特点是什么？ 1.采用生物催化剂，反应过程在常温常压下进行，可用DNA重组及原生质体融合技术制备和改造 2.采用可再生资源 3.设备简单，能耗低 4.专一性强，转化率高，制备酶成本高，发酵过程成本低，应用广，但反应机理复杂，较难控制，反应液杂质较多，给提取纯化带来困难。 4. 研究方法 经验模型法、半经验模型法、数学模型法；多尺度关联分析模型法（因次分析法）和计算流体力学研究法。 第1章 1. 酶作为生物催化剂具有那些催化剂的共性和其独特的催化特性？谈谈酶反应专一性的机制。 催化共性:降低反应的活化能，加快生化反应的速率；反应前后状态不变. 催化特性:高效的催化活性;高度的专一性; 酶反应需要辅因子的参与;酶的催化活性可被调控;酶易变性与失活。 机制：锁钥学说；诱导契合学说 2. 什么叫抑制剂？ 某些物质，它们并不引起酶蛋白变性，但能与酶分子上的某些必需基团（主要是指活性中心上的一些基团）发生化学反应，因而引起酶活力下降，甚至丧失，致使酶反应速率降低，能引起这种抑制作用的物质称为抑制剂。 3. 简单酶催化反应动力学（重点之重点） 4．酶动力学参数的求取方法(L-B法、E-H法、H-W法和积分法) L-B法: E-H法： H-W法： 积分法： S S ) (1) S c mI s m s s I I m i K C K ↓ ?++
1补料分批培养主要应用在哪些情况中？ ①生长非偶联型产物的生产②高密度培养③产物合成受代谢物阻遏控制④利用营养缺陷型菌株合成产物⑤补料分批培养还适用于底物对微生物具有抑制作用等情况。⑥此外，如果产物黏度过高或水分蒸发过大使传质受到影响时，可以补加水分降低发酵液黏度或浓度。 2比较理想酶反应器CSTR型与CPFR型的性能？ 答： A停留时间的比较： 在相同的工艺条件下进行同一反应，达到相同转化率时，两者所需的停留时间不同，CSTR型的比CPFR型反应器的要长，也就是前者所需的反应器体积比后者大。另外，以对两反应器的体积比作图可知，随反应级数的增加，反应器的体积比急剧增加。 B酶需求量的比较： 对一级动力学： 转化率越高，CSTR中所需酶的相对量也就越大。另外，比值还依赖于反应级数，一级反应时其比值最大，0级反应时其比值最小。 C酶的稳定性：0级反应时，CSTR与CPFR内酶活力的衰退没有什么区别。但如果反应从0级增至一级，那么，两种反应器转化率下降的差别就变得明显。CPFR产量的下降要比CSTR快得多，因而CPFR中酶的失活比CSTR中更为敏感。但是，如上所述，在某些场合，操作条件相同，要得到同样的转化率，CSTR所需酶的数量远大于CPFR所需的量。 D反应器中的浓度分布： CSTR与CPFR中的底物浓度分布。由图可知，在CPFR中，虽然出口端浓度较低，但在进口端，底物浓度较高；CSTR中底物总处于低浓度范围。如果酶促反应速率与底物的浓度成正比，那么对于CSTR而言，由于整个反应器处于低反应速率条件下，所以其生产能力也低。
3试着分析目前连续式操作难以大规模应用的原因？ 连续培养的工业生产应用的受限原因（连续培养的应用主要集中在研究领域）。 (1)杂菌污染问题。因连续培养以长期、稳定连续运转为前提，在整个培养过程中，必需不断地供给无菌的新鲜培养基，好氧发酵时，必需同时供给大量的无菌空气，这两种供给的过程中极易带来杂菌的污染，长期保持连续培养的无菌状态非常困难。 (2)变异问题。因工业化生产所用菌株大都是通过人工诱变处理的高度变异株，在长期的连续培养过程中容易使回复突变菌株逐渐积累，最后取得生长优势。 (3)成本问题，为降低成本,其一要使原料以最大的转化率和最大的产率转化为产物；是使发酵终了液中含有尽可能高的产物浓度，以缩小产物分离提取系统的规模和操作的费用。一些发酵过程其产物的分离提取费用约占生产总成本的40%以上；而对于大多数抗生素和精细化学品的发酵生产，其本身就是一个高成本分离过程的生产过程。而在连续培养过程中，流出的发酵液中产物浓度一般比分批培养、流加培养的低，结果加重了分离提取的负荷，在生产成本上没有竞争力。 4简述动植物细胞培养的特点难点，并与微生物细胞培养相比较 动植物细胞培养： 是一项将动植物的组织、器官或细胞在适当的培养基上进行无菌培养的技术。 动物细胞培养的特性 许多基因产物不能在原核细胞内表达，它们需要经过真核细胞所特有的翻译后修饰，以及正确的切割、折叠后，才能形成与自然分子一样的功能和抗原性。这就使动物细胞一跃成为一种重要的宿主细胞，用以生成各种各样的生物制品。动物细胞体外培养具有明显的表达产物的优点，为传统微生物发酵所无法取代。
生物技术的发展史 生物技术不完全是一门新兴学科，它包括传统生物技术和现代生物技术两部分。传统生物技术是指旧有的制造酱、醋、酒、面包、奶酪及其他食品的传统工艺。现代生物技术则是指70年代末80年代初发展起来的，以现代生物学研究成果为基础，以基因工程为核心的新兴学科。当前所称的生物技术基本上都是指现代生物技术。生物技术是指：应用生物或来自生物体的物质制造或改进一种商品的技术，其还包括改良有重要经济价值的植物与动物和利用微生物改良环境的技术。 当今世界各国综合国力的竞争，实际上是现代科学技术的竞争。现代生物技术被世界各国视为一种二十一世纪高新技术。我国早在1986年初制定的《高技术研究发展计划纲要》中就将生物技术列于航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、新能源技术和新材料技术等高技术的首位。第一次技术革命，工业革命，解放人的双手；第二次技术革命，信息技术，扩展人的大脑；第三次技术革命，生物技术，改造生命本身。现代生物技术之所以会被世界各国如此重视和关注，是因为它是解决人类所面临的诸如食品短缺问题、健康问题、环境问题及资源问题的关键性技术；还因为它与理、工、医、农等科技的发展，与伦理、道德法律等社会问题都有着密切的关系，对国计民生将产生重大的影响。现代生物技术的主要内容包括：基因工程、细胞工程、发酵工程、蛋白质（酶）工程，此外还有基因诊断与基因治疗技术、克隆动物技术、生物芯片技术、生物材料技术、生物能源技术、利用生物降解环境中有毒有害化合物、生物冶金、生物信息等技术。直接相关联的学科：分子生物学、微生物学、生物化学、遗传学、细胞生物学、化学工程学、医药学等。对人类和社会生活各方面影响最大的生物技术领域：农业生物技术、医药生物技术、环境生物技术、海洋生物技术。 现代生物技术使用了大量的现代化高精尖仪器。这些仪器全部都是由微机控制的、全自动化的。这就是现代微电子学和计算机技术与生物技术的结合和渗透。如超速离心机、电子显微镜、高效液相色谱、DNA合成仪、DNA序列分析仪等。没有这些结合和渗透，生物技术的研究就不可能深入到分子水平，也就不会有今天的现代生物技术。 现代生物技术的主要内容：疾病治疗－－用于控制人类疾病的医药产品，包括抗生素、生物药品、基因治疗。快速而准确的诊断－－临床检测与诊断，食品、环境与农业检测。农业、林业与园艺－－新的农作物或动物的基因改造、保存，肥料，杀虫剂：如生物农药、生物肥料等。食品－－扩大食品、饮料及营养素的来源：如单细胞蛋白等。环境－－废物处理、生物净化及新能源。化学品－－酶、DNA/RNA及特殊化学品、金属。设备－－由生物技术生产的金属、生物反应器、计算机芯片及生物技术使用的设备等。 现代生物技术的发展：（1）提高农作物产量及其品质。培育抗逆的作物优良品系。 通过基因工程技术对生物进行基因转移，使生物体获得新的优良品性，称之为转基因技术。通过转基因技术获得的生物体称为转基因生物。至1994年全世界批准进行田间试验的转基因植物已达1467例，涉及的作物种类包括马铃薯、油菜、烟草、玉米、水稻、番茄、甜菜、棉花、大豆等。转基因性能包括抗除草剂、抗病毒、抗盐碱、抗旱、抗虫、抗病以及作物品质改良等。例如我国首创的两系法水稻杂交优势利用，已先培育出了具实用价值的梗型光敏核不育系N5047S、7001S等新品系，一般增产达10%以上，高产可达40%。国家杂交水稻工程技术中心袁隆平教授，1997年试种其培育的“超级杂交稻”3.6亩，平均亩产达884kg。1998年总理特批基金1000万元，用于支持该项研究的深化与推广。我国学者还将苏云金杆菌的Bt杀虫蛋白转入棉花，培育抗虫棉，对棉铃虫杀虫率高达80%以上。（2）植物种苗的工厂化生产；利用细胞工程技术对优良品种进行大量的快速无性繁殖，实现工业化生产。该项技术又称植物的微繁殖技术。植物细胞具有全能性，一个植物细胞有如一株潜在的植物。利用植物的这种特性，可以从植物的根、茎、叶、果、穗、胚珠、胚乳、官或组织取得一定量的细胞，在试管中培养这些细胞，使之生长成为所谓的愈伤组织；愈伤组织具有很强的繁殖能力，可在试管内大量繁殖。（3）提高粮食品质；生物技术除了可培育高产、抗逆、抗病虫害的新品系外，还可以培育品质好、营养价值高的作物新品系。例如美国威斯康星大学的学者将菜豆储藏蛋白基因转移到向日葵中，使用权向日葵种子含有菜豆储藏蛋白。利用转基因技术培育番茄可延缓其成熟变软，从而避免
XX研究生课程考试试卷 （ XXXX 学年第 1 学期） 考试科目： 生物反应工程 （A卷） 考试班级： XXXXX 考试形式： 开 （开/闭卷） 考试时间： 120 分钟 考试人数： 命题人签名： 系分管领导签名： 1、请列出下列物理量的数学表达式 (5’) 停留时间 \ 呼吸商 \ 稀释率 \Da准数 \转化率 2、判断题(5’) 1、单罐连续培养稳态下，D=μ。( ) 2、流加培养达到拟稳态时，D=μ。( ) 3、单罐连续培养，在洗出稀释率下，稳态时罐内底物浓度为零。( ) 4、Da准数是决定固定化酶外扩散效率的唯一参数，Da准数越大，外扩散效率越高。( ) 5．酶经固定化后，稳定性增加，活性增大。( ) 3、简答题 (每题10’) 1．实验测得分配系数KP 分别为（a） KP > 1，（2） KP = 1，（3）KP < 1，试从概念上说明载体颗粒与反应液之间的固液界面处底物浓度的变化情况。 2.CSTR、PFR代表什么含义？比较CSTR型和PFR型酶反应器的性能。 3.莫诺方程与米氏方程的区别是什么？ 4、计算题(每题20’) 1.在甘露醇中培养大肠杆菌，其动力学方程为 g/(L·min)，已知cso =6 g/L, Yx/s=0.1。试求： (1)当甘露醇溶液以1L/min的流量进入体积为5L的连续操作搅拌槽式反应器（CSTR）中进行反应时，其反应器内细胞的浓度及其生长速率为多少? (2)如果要求大肠杆菌在CSTR内的生长速率达到最大，最佳的加料速率应为多少？大肠杆菌的生长速率为多大？
2.假设通过实验测定，反应底物十六烷烃中有2/3的碳转化为细胞中的碳。 计算下述反应的计量系数 (1) C16H34+aO2+bNH3→c(C4.4H7.3O0.86N1.2)+dH2O+eCO2 (2) 计算上述反应的得率系数Y X/S(g干细胞/g底物)和Y X/O(g干细胞/g 氧) 5、文献阅读归纳(20’) 用100-200字简述所附文献提及课题研究和发展情况。
1. 生化分离技术的研究历史 1.1 凝胶过滤的发现历史 1.1.1 葡聚糖的发现 1.1.2 琼脂糖的发现 1.2. 电泳的发展历史 1.2.1 凝胶电泳 1.2.2 等电聚焦 1.2.3 毛细管电泳的诞生 1.3. 亲和色谱的发明 1.3.1 染料亲和色谱的发现 1.3.2 固定化金属离子亲和色谱 2. 发酵液预处理 2.1 预处理简介 2.2 发酵液杂质的去除 2.2.1 无机粒子的去除 2.2.2 可溶性蛋白质的去除 2.2.3 有色物质的去除 2.3 发酵液处理性能的改善 2.3.1 降低发酵液的黏度 2.3.2 调节pH值 2.4 絮凝技术 2.4.1 絮凝和凝聚的区别 2.4.2 细胞絮凝的种类 2.4.3 絮凝剂的分类 2.4.4 絮凝机理和动力学 2.4.5 絮凝的优化 2.4.6 絮凝设备 2.4.7 絮凝技术的应用 2.4.8 絮凝技术的新进展 3. 固液分离技术 3.1过滤 3.3.1 传统的过滤方法 3.3.2 膜过滤 3.2 离心 3.2.1 离心原理 3.2.2 离心方法 3.2.3 离心分离设备及其放大 4. 细胞破碎和分离提取技术 4.1 细胞破碎技术 4.1.1 细胞破碎方法及机理 4.1.2 机械方法破碎
4.1.3 细胞物理破碎方法 4.1.4 化学法破碎 4.1.5 生物法破碎 4.1.6 超临界细胞破碎技术 4.1.7 胞内产物的选择性释放 4.2 从发酵液直接分离产物 4.2.1 双水相分离技术 4.2.2 膨胀床分离技术 4.2.3 泡载分离技术 5 生物产品萃取技术 5.1 双水相萃取 5.1.1 双水相基本原理 5.1.2 影响分配平衡的因素 5.1.3 双水相萃取的应用 5.1.4 双水相萃取技术的新进展 5.2 反胶团萃取 5.2.1 反胶团萃取原理 5.2.2 反胶团体系分离，制备方法和影响因素 5.2.3 反胶团萃取的应用 5.2.4 反胶团萃取分离技术的新进展 5.2.5 反胶团萃取的设备研究 5.2.6 反胶团前景展望 5.3 凝胶萃取 5.3.1 凝胶萃取过程简介 5.3.2 凝胶萃取的热力学原理 5.3.3 凝胶萃取的凝胶 5.3.4 凝胶萃取的影响参数 5.3.5 凝胶萃取在分离中的应用 5.3.6 凝胶萃取的设备 5.4 固相微萃取 5.4.1 固相微萃取的原理 5.4.2 固相微萃取的操作 5.4.3 萃取过程的影响因素 5.4.4 固相萃取的应用 5.5 超临界萃取 5.5.1 超临界萃取的原理 5.5.2 超临界萃取的方式 5.5.3 影响SFE的因素 5.5.4 超临界萃取的特点 5.5.5 超临界萃取的应用 5.6 超声和微波萃取 5.6.1 超声波萃取 5.6.2 微波萃取
填空题 1理想的酶反应器主要有两种：CPFR和CSTR 2养的传递有串联模型和并联模型（不好这样说） 3KLa中a大小取决于所设计的空气分布器，空气流动速率，反应器的体积和空气泡的直径等且空气泡的直径越小，越有利于传递 4的物理意义是最大反应速率和最大传质速率之比。Da准数越小，固定化酶表面浓度[S]s越是接近主题浓度[S],辨明最大传质速率越是大于最大反应速率，为反应控制。Da准数越小，越好。 5内部扩散与催化反应是同时进行的，二者相互影响，外扩散通常是先于反应。 6影响固定化酶促反应的蛀牙因素是：分子构象的改变，位阻效应，微扰效应，分配效应和扩散效应 7有效电子数：当1mol碳源完全氧化时，所需要氧的摩尔系数的4倍称为基质的有效电子数若碳源为葡萄糖，其完全燃烧是每摩尔葡萄糖需要 6mol，所以有效电子数是24，氧化一个有效电子伴随着焓值变化109.0KJ.即 8通过对细胞和环境之间能量的交换关系的研究，为培养基中（组分）的选择提供参考 9影响酶催化反应的环境因素有（温度），（pH），浓度等。影响酶催化反应的浓度因素有（底物浓度）和（效应物浓度）。影响酶催化反应的最基本的因素是（浓度）。 10反应器放大的目的是使产品的（质优）和（成本低效益好）；必须使菌体在大中小型反应器中所处的外界环境（相同）。 11若要消除外扩散限制效应，最常用的方法是（）；若是要消除内扩散限制效应，最常用的方法是（）。 12影响机械通气搅拌发酵过程中体系溶氧系数的因素有（操作变量），（培养液的理化性质），（反应器的结构）。 13根据Garden模型，如果产物和细胞的速率-时间曲线的变化趋势同步，则该产物的生成模型是（）。 15对米氏方程的讨论 当CS<
生化技术发展史 生化技术不完全是一门新兴学科，它包括传统生物技术和现代 生物技术两部分。传统生物技术是指旧有的制造酱、醋、酒、面包、奶酪及其他食品的传统工艺。现代生物技术则是指 70 年代末 80 年代初发展起来的，以现代生物学研究成果为基础，以基因工程 为核心的新兴学科。当前所称的生物技术基本上都是指现代生物技术。生物技术是指：应用生物或来自生物体的物质制造或改进一种 商品的技术，其还包括改良有重要经济价值的植物与动物和利用微 生物改良环境的技术。 当今世界各国综合国力的竞争，实际上是现代科学技术的竞争。现代生物技术被世界各国视为一种二十一世纪高新技术。我国早 在 1986 年初制定的《高技术研究发展计划纲要》中就将生物技 术列于航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、新能源技术 和新材料技术等高技术的首位。第一次技术革命，工业革命，解放 人的双手；第二次技术革命，信息技术，扩展人的大脑；第三次技 术革命，生物技术，改造生命本身。现代生物技术之所以会被世界 各国如此重视和关注，是因为它是解决人类所面临的诸如食品短缺 问题、健康问题、环境问题及资源问题的关键性技术；还因为它与理、工、医、农等科技的发展，与伦理、道德法律等社会问题都有 着密切的关系，对国计民生将产生重大的影响。现代生物技术的主 要内容包括：基因工程、细胞工程、发酵工程、蛋白质（酶）工程，此外还有基因诊断与基因治疗技术、克隆动物技术、生物芯片技术、生物材料技术、生物能源技术、利用生物降解环境中有毒有害 化合物、生物冶金、生物信息等技术。直接相关联的学科：分子生 物学、微生物学、生物化学、遗传学、细胞生物学、化学工程学、 医药学等。对人类和社会生活各方面影响最大的生物技术领域：农 业生物技术、医药生物技术、环境生物技术、海洋生物技术。 现代生物技术使用了大量的现代化高精尖仪器。这些仪器全部 都是由微机控制的、全自动化的。这就是现代微电子学和计算机技 术与生物技术的结合和渗透。如超速离心机、电子显微镜、高效 液相色谱、DNA 合成仪、DNA 序列分析仪等。没有这些结合和渗透，生物技术的研究就不可能深入到分子水平，也就不会有今天的现代 生物技术。 现代生物技术的主要内容：疾病治疗：用于控制人类疾病的医 药产品，包括抗生素、生物药品、基因治疗。快速而准确的诊断： 临床检测与诊断，食品、环境与农业检测。农业、林业与园艺，新
生物化学是一门较年轻的学科，在欧洲约在160年前开始，逐渐发展，一直到1903年才引进“生物化学”这个名词而成为一门独立的学科，但在我国，其发展可追溯到远古。我国古代劳动人民在饮食、营养、医、药等方面都有不少创造和发明，生物化学的发展可分为：叙述生物化学、动态生物化学及机能生物化学三个阶段。 （一）叙述生物化学阶段 1.饮食方面：公元前21世纪，我国人民已能造酒，相传夏人仪狄作酒，禹饮而甘之，作酒必用曲，故称曲为酒母，又叫做酶，与媒通，是促进谷物中主要成分的淀粉转化为酒的媒介物。现在我国生物化学工作者将促进生物体内化学反应的媒介物（即生物催化剂）统称为酶，从《周礼》的记载来推测，公元前12世纪以前，已能制饴，饴即今之麦芽糖，是大麦芽中的淀粉酶水解谷物中淀粉的产物。《周礼》称饴为五味之一。不但如此，在这同时，还能将酒发酵成醋。醋亦为五味之一。《周礼》上已有五味的描述。可见我国在上古时期，已使用生物体内一类很重要的有生物学活性的物质——酶，为饮食制作及加工的一种工具。这显然是酶学的萌芽时期。 2.营养方面：《黄帝内经·素问》的“藏气法时论”篇记载有“五谷为养，五畜为益，五果为助，五菜为充”，将食物分为四大类，并以“养”、“益”、“助”、“充”表明在营养上的价值。这在近代营养学中，也是配制完全膳食的一个好原则。谷类含淀粉较多，蛋白质亦不少，宜为人类主食，是生长、发育以及养生所需食物中之最主要者；动物食品含蛋白质，质优且丰富，但含脂肪较多，不宜过多食用，可用以增进谷类主食的营养价值而有益于健康，果品及蔬菜中无机盐类及维生素较为丰富，且属于粗纤维，有利食物消化及废物的排出；如果膳食能得到果品的辅助，蔬菜的充实，营养上显然是一个无可争辩的完全膳食。膳食疗法早在周秦时代即已开始应用，到唐代已有专书出现。盂诜（公元7世纪）著《食疗本草》及昝殷（约公元8世纪）著《食医必鉴》等二书，是我国最早的膳食疗法书籍。宋朝的《圣济总录》（公元前12世纪）是阐明食治的。元朝忽思慧（公元14世纪）针对不同疾患，提出应用的食物及其烹调方法，并编写成《饮膳正要》。由此可看出我国古代医务工作者应用营养方面的原理，试图治疗疾患的一些端倪。 3.医药方面：我国古代医学对某些营养缺乏病的治疗，也有所认识，如地方性甲状腺肿古称“瘿病”，主要是饮食中缺碘所致，有用含碘丰富的海带、海藻、紫菜等海产品防治。公元4世纪，葛洪著《肘后百一方》中载有用海藻酒治疗瘿病的方法。唐·王焘（公元8世纪）的《外台秘要》中载有疗瘿方36种，其中27种为含碘植物。而在欧洲直到公元1170年才有用海藻及海绵的灰分治疗此病者。脚气病是缺乏维生素B1的病。孙思邈（公元581～682年）早有详细研究，认为是一种食米区的疾病，分为“肿”、“不肿”及“脚气入心”三种，可用含有维生素B1的车前子、防风、杏仁、大豆、槟榔等治疗。酿酒用的曲及中药中的神曲（可生用）均含维生素B1较丰富，且具有水解糖类的酶，可用以补充维生素B1的不足，亦常用以治疗胃肠疾患。夜盲症古称“雀目”，是一种缺乏维主素A的病症。孙思邈首先用含维生素A较丰富的猪肝治疗。我国最早的眼科专著《龙木论》记载用苍术、地肤子、细辛、决明子等治疗雀目。这些药物都是含有维生素A原的植物。 我国研究药物最早者据传为神农。神衣后世又称炎帝，是始作方书，以疗民疾者。《越绝书》上有神农尝百草的记载。自此以后，我国人民开始用天然产品治疗疾病，如用羊靥（包括甲状腺的头部肌肉）治甲状腺肿，紫河车（胎盘）作强壮剂，蟾酥（蟾蜍皮肤疣的分泌物）
（1）微生物的热阻：微生物对热的抵抗力称为热阻。是指微生物在某一特 定条件(主要是温度和加热方式)下的致死时间。表征不同微生物对热抵抗能力强弱的指标。 （2）有效电子数：1摩尔碳源完全氧化时，所需的氧的摩尔数的4倍，称 为该基质的有效电子数。 （3）k L a ：以(C *-C)为推动力的体积溶氧系数(h -1) （4）混合：指的是相同停留时间、不同空间位置的物料之间的一种以达到 均匀状态为目的过程。 （5）停留时间：指反应物料从进入反应器时算起，至离开反应器时为止所 经历的时间。） （6）写出定义式： 细胞生长得率Yx/s=生成细胞的质量（干重）/消耗底物的质量 选择性 1.何为生化工程，生化工程的研究内容有哪些？ 生化工程全称是生物化学工程（Biochemical Engineering)，是为生物技术服务的化学工程。它是利用化学工程原理和方法对实验室所取得的生物技术成果加以开发，使之成为生物反应过程的一门学科，是生物化学与工程学相互渗透所形成的一门新学科。它应用工程学这一实践技术，以生物体细胞（包括微生物细胞、动物细胞、植物细胞）作为研究的主角、生物化学作为理论基础，从动态、定量、微观的角度，广泛而深刻地揭示了生物工业的过程。所以生化工程是化学工程的一个分支，也是生物工程的一个重要组成部分。 具体的研究内容： ① 原料预处理：即底物（酶催化反应中的作用物）或培养基(发酵过程中的底物及营养物，也称营养基质)的制备过程，包括原料的物理、化学加工和灭菌过程。 ②生物催化剂的制备：生物催化剂是指游离或固定化的活细胞或酶，微生物是最常用的活细胞催化剂，酶催化剂则从细胞中提取出来。 ③生物反应的主体设备：即生物反应器，凡反应中采用整体微生物细胞时，反应器则称发酵罐；凡采用酶催化剂时，则称为酶反应器。另还有适用于动植物细胞大量培养的装置。 ④生物化工产品的分离和精制：这一部分常称下游加工，是生化分离工程 ()S S a P S sp p -=
现代生物化学始于18、19世纪： 1828年，德国化学家弗里德里希·维勒从无机化合物氰化铵合成有机化合物尿素 1833年，法国化学家安塞姆·佩恩发现第一个酶——淀粉酶 1869年，瑞典生物学家弗雷德里希·米歇尔发现遗传物质——核素 1877年，霍佩-赛勒首次提出名词Biochemie，即英语中的Biochemistry 20世纪生物化学快速发展： 1902年，英国生理学家欧内斯特. 斯塔林首次提出“hormone”来表示激素 1912年，英国科学家霍普金斯发现食物辅助因子——维生素 1926年，德国科学家奥图·瓦伯格发现呼吸作用关键酶——细胞色素氧化酶 1926年，美国科学家J.B.萨姆纳(美国)首次分离提纯了脲酶 1902年，英国生理学家欧内斯特. 斯塔林首次提出“hormone”来表示激素 1912年，英国科学家霍普金斯发现食物辅助因子——维生素 1926年，德国科学家奥图·瓦伯格发现呼吸作用关键酶——细胞色素氧化酶 1926年，美国科学家J.B.萨姆纳(美国)首次分离提纯了脲酶 1902年，英国生理学家欧内斯特. 斯塔林首次提出“hormone”来表示激素 1912年，英国科学家霍普金斯发现食物辅助因子——维生素 1926年，德国科学家奥图·瓦伯格发现呼吸作用关键酶——细胞色素氧化酶 1926年，美国科学家J.B.萨姆纳(美国)首次分离提纯了脲酶 1940年代，糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化等重要生理生化途径被陆续阐明 20世纪50年代后生物化学标志性成就： 1953年，Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型 1958年，Crick提出“中心法则”；Sanger测定胰岛素分子结构 1960年代，Arber等发现限制性内切酶 1961年，Jacob和Monod提出“操纵子学说” 1966年，Nirenberg和Khorana破译遗传密码 1970年代，Termin和Baltimore发现反转录酶；Berg等成功进行了DNA体外重组；Coben 建立分子克隆体系 1980年，Sanger 确定DNA序列测定方法 1985年，Mulis建立聚合酶链式反应(PCR)技术 1995年，Fire和Mello阐明RNA干扰(RNAi)机制 1997年，第一只克隆羊诞生 2000年，人类基因组计划完成 我国科学家对生物化学的贡献 1930年代，吴宪教授首次提出蛋白变性理论、血液生化 1965年，中科院生化所与有机化学所人工合成有功能的蛋白质－－牛胰岛素 1973年，X-射线分析出猪胰岛素空间结构 1983年，酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成( tRNAAla ) 2002年，水稻基因组
2009级生物化学（A 级难度） 名词解释：3分*8个=24分 1.蛋白质性质（英语形式） 2. Isozyme (同工酶) 3. oncogene（癌基因) 4. Biotransformation（生物转化） 5. 呼吸链 6. 第二信使 7. S-D序列 8. 转录空泡 简答题： （暂时没有） ------------------------------------------------------------------------- 2010级生物化学（A 级难度） 名词解释： 1. glycolysis （糖酵解） 2. DNA denaturation (DNA变性) 3. operon （操纵子） 4. G protein（G蛋白） 5. 脂肪动员 6. 结合胆汁酸 7. 半保留复制
8. 联合脱氨基 简答题：6分*6个=36分 1、请写出3个蛋白质的理化性质，并说明实际应用。 2、酶的活性调节方式有哪些？请具体说明其中一个。 3、磷酸戊糖途径的生理意义？ 4、遗传密码子的有什么特点？ 5、何为基因组文库和cDNA文库？并说明它们的区别？ 6、什么是生物转化和生物氧化？它们有什么区别？ ---------------------------------------------------------------------- 2011级生物化学（C 级难度） 名词解释：3分*8个=24分 1.蛋白质等电点 2.核酸杂交 3.酶的活性中心 4.脂肪动员 5.不对称转录 6.生物转化 7.酮体 8.操纵子 问答题： 1.尿素合成的部位、关键酶、生理意义、两个N来源？
1.微生物反应与酶促反应的主要区别？ 答：微生物反应与酶促反应的最主要区别在于，微生物反应是自催化反应，而酶促反应不是。此外，二者还有以下区别： （1）酶促反应由于其专一性，没有或少有副产物，有利于提取操作，对于微生物反应而言，基质不可能全部转化为目的产物，副产物的产生不可避免，给后期的提取和精制带来困难，这正是造成目前发酵行业下游操作复杂的原因之一。 （2）对于微生物反应，除产生产物外，菌体自身也可是一种产物，如果其富含维生素或蛋白质或酶等有用产物时，可用于提取这些物质。 （3）与微生物反应相比，酶促反应体系较简单，反应过程的最适条件易于控制。 微生物反应是利用活的生物体进行目的产物的生产，因此，产物的获得除受环境因素影响外，也受细胞因素的影响，并且微生物会发生遗传变异，因此，实际控制有一定难度。 （4）酶促反应多限于一步或几步较简单的生化反应过程，与微生物反应相比，在经济上有时并不理想。微生物反应是生物化学反应，通常是在常温、常压下进行；原料多为农产品，来源丰富。 （5）微生物反应产前准备工作量大，相对化学反应器而言，反应器效率低。对于好氧反应，需氧，故增加了生产成本，且氧的利用率不高。 （6）相对于酶反应，微生物反应废水有较高BOD值。 2. 何为连续培养的稳定状态？当时，一定是微生物连续培养的稳定状态吗？ 答：连续培养是将细胞接种于一定体积的培养基后，为了防止衰退期的出现，在细胞达最大密度之前，以一定速度向生物反应器连续添加新鲜培养基；与此同时，含有细胞的培养物以相同的速度连续从反应器流出，以保持培养体积的恒定。 连续培养的稳定状态时，此时反应器的培养状态可以达到恒定，细胞在稳定状态下生长。在稳定状态下细胞所处的环境条件如营养物质浓度、产物浓度、pH值可保持恒定，细胞浓度以及细胞比生长速率可维持不变。稳定状态可有效的延长分批培养中的对数生长期。理论上讲，该过程可无限延续下去。细胞很少受到培养环境变化带来的生理影响，特别是生物反应器的主要营养物质葡萄糖和谷氨酰胺，维持在一个较低的水平，从而使他们的利用效率提高，有害产物积累有所减少。 当时，不一定是连续培养的稳定状态。最主要的是菌种易于退化。可以设想，处于如此长期高速繁殖下的微生物，即使其自发突变几率极低，也无法避免变异的发生，尤其发生比原生产菌株生长速率高、营养要求低和代谢产物少的负变类型。其次是易遭杂菌污染。可以想象，在长期运转中，要保持各种设备无渗漏，尤其是通气系统不出任何故障，是极其困难的。在高的稀释率下，虽然死细胞和细胞碎片及时清除，细胞活性高，最终细胞密度得到提高；可是产物却不断在稀释，因而产物浓度并未提高；尤其是细胞和产物不断的稀释，
生化反应工程考试大纲 生物反应过程动力学和生物反应器是生物反应工程的核心内容。生物反应过程动力学则包括酶催化反应动力学、细胞反应过程动力学和固定化生物催化反应过程动力学；生物反应器则包括理想生物反应器操作模型、工业生物反应器传的传递特性、混合特性和反应器的设计和放大。 一、酶催化反应过程动力学 M－M方程的动力学特征：速率与酶浓度、底物浓度的关系、动力学参数的含义及求法； 可逆抑制的酶催化反应动力学：竞争，非竞争和反竞争三种可逆抑制的动力学特点、表示方法及如何区分； 不可逆抑制动力学的特点； 底物抑制与活化（变构酶催化）的动力学特点和其主要参数； 酶失活动力学的主要特征。 二、细胞生长及反应动力学 细胞得率系数、最大得率系数和呼吸商得概念和求法； 描述细胞生长的黑箱模型、结构模型和非结构模型的概念； Monod模型的动力学特征，μ、μmax和Ks的物理意义； 细胞不同生长阶段时μ的变化； 产物生成动力学的三种分类及其动力学特点； 底物消耗动力学的描述方法，Y X/S 与Y G 的关系； 三、固定化生物催化反应过程动力学 弄清空间效应、分配效应、扩散效应（包括外扩散和内扩散）、本征反应动力学和表观反应动力学的概念； 描述外扩散影响的无量纲数Da的物理意义以及用Da值判断反应过程的控制步骤；消除外扩散影响的方法； 描述内扩散影响的主要参数De、ф和η的定义，一级反应时ф1、η1的求法，用ф值大小判断反应的控制步骤；内扩散的消除方法； 表观梯勒模数Ф的定义；对一级M－M反应时Ф值的表示，用Ф值判断反应
控制步骤； 对一级反应，内外扩散同时存在时Bi、Da和ф1之间的关系，总有效因子的求法； 在扩散影响下的表观反应级数、表观化能和表观稳定性与其本征值有何变化及其变化原因。 四、生物反应器的操作模型 分批式、连续式和半分批式（流加操作）各自有何操作特点，流加操作对细胞反应有何特殊意义； 对BSTR，反应时间和辅助时间、反应时间的确定、反应器有效体积的确定； 对单级CSTR，D与τm的关系，D、Dopt、Dc和Cx、Cs、DCx的定义式及求的确定； 法，τm与V R 对循环的单级CSTR，R和β的定义，D与μ的关系； 对CPFR，模型的特征，τp的求法，CPFR与CSTR的比较，CPFR与CSTR相串联的特征； 对流加操作，其操作过程中主要特征、恒速流加与指数流加各有何特点； 反应－分离相耦合对细胞反应的意义。 五、生物反应器的传递与混合特性 牛顿型流体与非牛顿型流体的主要差别； 氧在细胞反应中的传递阻力如何确定，大多情况下氧的传递阻力是什么； 细胞反应中供氧速率与耗氧速率的关系，即OTR与OUR的关系，Col、Col*、Colc之区别，Kla的动态测定法； 混合程度与混合尺度、宏观混合与微观混合，宏观流体与微观流体，混合过程主要机理； 2的意义，CSTR和CPFR的宏观混合特宏观混合模型：E(t)、F(t)、E和σ t 征参数值；多重串联模型的模型参数； 微观混合的混合程度和混合时间的概念。 六、生物反应器的设计和放大 生物反应器具备的主要特点；