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生物氧化（一）名词解释1．生物氧化（biological oxidation）2．呼吸链（respiratory chain）3．氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）4．磷氧比P/O（P/O）5．底物水平磷酸化（substrate level phosphorylation）6．能荷（energy charge）(二) 填空题1．生物氧化有3种方式：_________、___________和__________ 。
2．生物氧化是氧化还原过程，在此过程中有_________、_________和________ 参与。
3．原核生物的呼吸链位于_________。
4，△G0＇为负值是_________反应，可以_________进行。
5．△G0＇与平衡常数的关系式为_________，当Keq＝1时，△G0＇为_________。
＇值小，则电负性_________，供出电子的倾向_________。
6．生物分子的E7．生物体内高能化合物有_________、_________、_________、_________、_________、_________等类。
8．细胞色素a的辅基是_________与蛋白质以_________键结合。
9．在无氧条件下，呼吸链各传递体都处于_________状态。
10．NADH呼吸链中氧化磷酸化的偶联部位是_________、_________、_________。
11．磷酸甘油与苹果酸经穿梭后进人呼吸链氧化，其P/O比分别为_____和_____。
12．举出三种氧化磷酸化解偶联剂_________、_________、_________。
13．举出4种生物体内的天然抗氧化剂_________、_________、_________、_________。
14．举出两例生物细胞中氧化脱羧反应_________、_________。
15．生物氧化是_________在细胞中_________，同时产生_________的过程。
第一章绪论一、名词解释1、酶: 是具有生物催化功能的生物大分子2、酶工程:酶的生产与应用的技术过程称为酶工程。
它是利用酶的催化作用进行物质转化的技术,是将酶学理论与化工技术、微生物技术结合而形成的新技术，是借助工程学手段利用酶或细胞、细胞器的特定功能提供产品的一门科学3、核酸类酶：为一类具有生物催化功能的核糖核酸分子。
它可以催化本身RNA 剪切或剪接作用，还可以催化其他RNA，DNA多糖，酯类等分子进行反应4、蛋白类酶：为一类具有生物催化功能的蛋白质分子，它只能催化其他分子进行反应。
5、酶的生产:是指通过人工操作获得所需酶的技术过程。
主要包括微生物发酵产酶，动植物培养产酶，酶提取和分离纯化等6、酶的改性是通过各种方法改进酶的催化特性的技术过程,主要包括酶分子的修饰，酶固定化,酶非水相催化等7、酶的应用：是通过酶的催化作用获得人们所需要的物质或者不良物质的技术过程,主要包括酶反应器的选择和设计以及酶在各领域的应用等。
8、酶的专一性:又称为特异性,是指酶在催化生化反应时对底物的选择性,即在一定条件下，一种酶只能催化一种或一类结构相似的底物进行某种类型反应的特性。
亦即酶只能催化某一类或某一种化学反应.9、酶的转换数：酶的转换数Kp。
又称为摩尔催化活性，是指每个酶分子每分钟催化底物转化的分子数二、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_________和____________两大类。
2、核酸类酶分子中起催化作用的主要组分是__________,蛋白类酶分子中起催化作用的主要组分是________________.3、进行分子内催化作用的核酸类酶可以分为________________，_________________。
4、酶活力是_______________的量度指标，酶的比活力是_______________的量度指标，酶的转换数的主要组分是________________的度量指标。
第49卷第2期2021年1月广㊀州㊀化㊀工Guangzhou Chemical IndustryVol.49No.2Jan.2021生物质制5-HMF 及其非均相催化剂-溶剂体系研究进展唐玉梅(西南科技大学环境与资源学院,四川㊀绵阳㊀621000)摘㊀要:5-羟甲基糠醛(5-HMF)是一种重要的生物质基平台分子,是制备多种精细化合物的中间体㊂近年来,有关5-HMF制备及影响因素的探究都得到了不断的扩展㊂本文简单介绍了生物质转化为5-HMF 的反应机理,描述了以各种生物质资源底物(果糖㊁葡萄糖㊁纤维素)制备5-HMF 的反应路径以及难点,阐述了制备过程中主要非均相催化剂 溶剂体系对的影响,总结了当前研究的进展㊂关键词:5-羟甲基糠醛;生物质;非均相催化剂;溶剂体系㊀中图分类号:X712㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1001-9677(2021)02-0016-03㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀作者简介:唐玉梅(1999-),女,本科,研究方向:固体废物㊂Research Progress on 5-Hydroxymethylfurfural Preparation from Biomassin Heterogeneous Catalyst -solvent SystemTANG Yu -mei(School of Environment and Resource,Southwest University of Science and Technology,Sichuan Mianyang 621000,China)Abstract :5-Hydroxymethylfurfural (5-HMF )is an important biomass -based platform molecule and an intermediate for the preparation of many fine compounds.In recent years,the research and influencing factors on the preparation of 5-HMF have been continuously expanded.The reaction mechanism of the conversion of biomass to 5-HMF was briefly introduced.The paths and difficulties of converting various biomass resource (fructose,glucose,cellulose)substrates to 5-HMF were described,and the impact of heterogeneous catalyst -solvent systems for 5-HMF preparation was reviewed.Finally,research progress of current research was summarized.Key words :5-Hydroxymethylfurfural;biomass;heterogeneous catalyst;solvent systems5-HMF 是以纤维素㊁葡萄糖和果糖为主要原料在酸性条件下转化所得的下游化合物,是美国能源部所提出的十二种平台化合物之一㊂其制备影响因素主要是催化剂和溶剂,非均相催化剂相较于传统的均相液体催化剂有着低腐蚀性㊁易分离㊁良好的热稳定性㊁高重复利用性等特点,在工业化连续生产等方面有较大的优点㊂溶剂作为反应的介质,影响着产物的选择性,在保证高选择率的条件下,溶剂的绿色环保性也成为一个重要的考虑因素㊂通常催化剂和溶剂作为一个体系对共同影响着反应底物的转化率和反应的选择率,因此研究非均相催化剂-溶剂体系下5-HMF 的制备具有重要意义㊂1㊀生物质转化制备5-HMF 的机理与难点制备5-HMF 的生物质原料丰富,主要有纤维素㊁葡萄糖与果糖㊂生物质可以直接或者间接转换成5-HMF,前者通过设置相应的催化剂㊁溶剂体系直接生成转化物,但存在原料结构稳定难以破坏,反应体系成本高,5-HMF 转化率和选择率低下等问题,后者通过降解㊁水解㊁异构化㊁脱水等多步逐级反应生成中间物,再进一步转换为目标产物[1],相对来说具有更高的收率和更低的成本,因此也成为5-HMF 合成的主要方法㊂图1展示了果糖㊁葡萄糖和纤维素制备5-HMF 的反应路径㊂图1㊀生物质制备5-HMF 的路径图Fig.1㊀Path diagram of 5-HMF production from biomass第49卷第2期唐玉梅:生物质制5-HMF及其非均相催化剂-溶剂体系研究进展17㊀1.1㊀果糖转化制备5-HMF果糖作为最早的5-HMF生物质制备原料,被认为是合成5-HMF产率最高的一种生物质,也被选为评估生物质转化催化体系的理想模型底物[2]㊂目前果糖合成5-HMF可以通过链状结构或者环状结构进行反应,两条路径的反应本质都是果糖脱去三分子水生成5-HMF㊂果糖工业化生产5-HMF的难点在于原料成本高㊁以及生成的5-HMF在酸性水溶液的条件下很容易进一步分解为乙酰丙酸和甲酸等副产物,同时中间产物会发生交叉聚合反应生成腐殖质,从而降低5-HMF收率[3]㊂1.2㊀葡萄糖转化制备5-HMF葡萄糖属于吡喃型结构,可以直接脱去三分子水直接生成5-HMF,但该结构稳定,烯醇化程度低,直接催化葡萄糖反应难度较大,所以普遍采用将葡萄糖通过烯醇化或者1,2氢转移步骤异构为果糖,果糖再脱水合成5-HMF[4]的方法㊂但在此反应路径中,葡萄糖选择性异构化为果糖是反应的限速步骤,也是转化的难点所在㊂此前,已有研究表明葡萄糖的异构化反应需要Lewis酸酸性位点或者碱性位点的存在,而异构生成的果糖转化为5-HMF需要Bronsted酸的催化[5],这就表明在葡萄糖合成5-HMF的不同阶段可能需要通过离子交换预处理创造不同的酸性位点[6]㊂所以,研究酸碱两性催化剂,或者设计协同使用Bronsted酸和Lewis酸催化剂的反应体系,提高葡萄糖作为生物质原料制备5-HMF的选择率和转换率,是目前能源研究领域的热点也是难点㊂1.3㊀纤维素转化制备5-HMF纤维素是由D-葡萄糖以-1,4糖苷键组成的高分子化合物,分子结构稳定且复杂㊂纤维素转化为5-HMF需要在酸性条件下水解为葡萄糖,葡萄糖异构化为果糖,果糖脱水再生成HMF㊂但分子间存在的巨大的氢键作用力使得纤维素结构稳定㊁难以被破坏[4],进而对后续5-HMF的合成造成阻力㊂使用物理㊁化学㊁生物等方式对纤维素进行预处理可以破坏纤维素复杂的网络结构㊁促进纤维素降解为低分子化合物,减少额外的能源消耗和成本投入[7]㊂但是纤维素转化合成5-HMF的反应步骤多㊁反应路径长,各个反应阶段使用的催化剂-溶剂体系也不尽相同,因此各个阶段反应生成副产物的概率会增加,对产物的选择性合成也会有较大影响㊂因此,考虑纤维素的解聚效率和开发一体化性能卓越的催化反应体系,实现纤维素到5-HMF直接转换的高效制备,是利用纤维素的重点和难点㊂2㊀非均相固体酸-溶剂催化体系在5-HMF的合成反应中,固体酸催化剂材料的孔隙结构决定了反应底物能否进入催化剂内部与活性位点接触以及反应产物5-HMF能否及时转运出以防形成腐殖质造成催化剂积碳;溶剂作为反应的介质,可以起到溶解㊁稳定㊁保护㊁催化等功能㊂因此可以通过调节固体酸材料的孔隙结构和理化性质,使其在溶剂中表现出良好的催化性能,从而提升5-HMF的产率㊂2.1㊀沸石分子筛-溶剂体系沸石固体酸是一类多孔性固体,分子筛的孔隙结构㊁比表面积大小㊁形貌特征㊁表面理化性质以及酸性位点的类型与数量都会影响沸石分子筛的催化性能[8]㊂表1总结了一些沸石分子筛在各种溶剂中获得的5-HMF效率,可以看出不同沸石分子筛-溶剂体系中HMF的获得率差异较大,可能与反应时间㊁催化剂在溶剂中表现的理化性质有关㊂Nikolla E[9]在研究Sn-Beta-HCl和Ti-Beta-HCl在相同的反应溶剂中的催化性能时,在反应时间前者仅为后者的三分之二时,含Sn高硅分子筛催化获得5-HMF的收率仍然高于Ti,因此,在此溶剂体系中含Sn的分子筛具有的孔隙结构对葡萄糖异构化表现出的活性更高㊂Jia X[10]研究功能化沸石-溶剂催化体系,以溶剂作为唯一变量,探讨相同的Ypho沸石催化下5-HMF的收率,发现在DMSO/H2O溶剂介质中得到了最高的5-HMF产率㊂其原因可能在于Ypho沸石的强酸性和疏水性在高极性溶剂DMSO中更能催化果糖与酸性位点结合,发生选择性互变异构,促进果糖的脱水反应㊂表1㊀沸石分子筛-溶剂体系制备HMFTable1㊀Preparation of HMF in zeolite molecularsieve-solvent systems催化剂原料反应溶剂原料转换率/%HMF收率/% HZSM-5[6]葡萄糖NaCl-H2O/MIBK8042 Nb-Beta[11]葡萄糖NaCl-H2O/MIBK97.482.1 SBA-15-SO3H[12]果糖DMSO10096 AlSiO-20[13]葡萄糖H2O/THF/NaCl/63.1 2.2㊀杂多酸固体酸-溶剂体系杂多酸是一种过渡金属氧化物离子簇,具有超强的Bronsted酸性㊁高质子迁移率㊁能够溶于极性溶剂,酸性和氧化性兼备使得杂多酸在均相和非均相体系中表现出多功能催化㊂其具有的Keggin结构和Dawson结构,使得杂多酸催化性能可以调节[14]㊂表3呈现出来的杂多酸固体酸可以和离子液体㊁有机溶剂的水溶液多相溶剂构成相应的反应体系,在此体系下,5-HMF制备效率也可以达到一个较理想的状态,因此杂多酸-溶剂体系,也可以作为5-HMF合成的良好反应环境㊂多相溶剂中的有机溶剂作为添加剂可以有效以抑制催化剂催化碳水化合物转化反应期间的副反应,但也会使5-HMF的生成受到抑制㊂例如Song-Bai Yu[15]在以蔗糖为原料, Cs2.3H0.7PW12O40为催化剂,探究5-HMF的收率时,在DMSO 的水溶液中,5-HMF的获得率可以达到91.8%,但在THF的水溶液中,5-HMF就降为66.1%,而在DMF溶剂中,却无法获得5-HMF㊂表2㊀杂多酸固体酸-溶剂体系制备HMFTable2㊀Preparation of HMF in heteropolyacid solidacid-solvent systems催化剂原料反应溶剂原料转换率/%HMF收率/% Cs2.5H0.5PW12O40[16]果糖H2O/MIBK78.177.6 SiO2-ATS-PTA[17]葡萄糖丙酮/H2O/78.1H3PW12O40[15]蔗糖DMSO/H2O/82 [MimAM]H2PW12O40[18]葡萄糖THF/H2O-NaCl99.853.9 2.3㊀碳基固体酸-溶剂体系碳基固体酸是一种新型的酸催化剂,其制备原料来源于生物质,改性后可用于5-HMF的生产,表现出功能多样性和生产高效性,因此迅速成为研究热点㊂表4总结了碳基固体酸在溶剂体系中5-HMF的收率,研究中发现,具有更高比表面积和孔隙体积的碳基固体酸催化剂能与溶剂进行更好的协同反18㊀广㊀州㊀化㊀工2021年1月应㊂Wang Q[19]曾研究过磺化的CS固体酸,发现在DMSO溶剂中比表面积和孔隙体积最大的C2-SO3H在150ħ下反应5min,获得了相对最高的HMF产率,而且在170ħ下C2-SO3H催化反应3min就可以获得最高87%的5-HMF收率㊂碳基固体酸-DMSO溶剂反应体系是一种很好的5-HMF合成体系㊂而且在以果糖为原料时,无论何种碳基固体酸和反应溶剂,都呈现出较高的是原料转化率和5-HMF收率㊂因此,高效利用碳基固体酸高效生成5-HMF,对于实现生物质能源化利用具有重大的意义㊂表3㊀碳基固体酸-溶剂体系制备HMFTable3㊀Preparation of5-HMF in carbon-based solidacid-solvent systems 催化剂原料反应溶剂原料转换率/%HMF收率/%Glu-TsOH[20]果糖DMSO99.991碳基固体酸CS[21]果糖DMSO10090CNT-PSSA[22]果糖DMSO/89S-TsC[23]果糖GVL/H2O/93.7 CH0.94O0.37S0.027[24]果糖DMSO-[BMIM][Cl]98843㊀结㊀语作为一种重要的生物质衍生物,5-HMF可以替代石油制备多种以石油为原料的平台化合物和新型高分子材料㊂果糖作为原料的反应体系,5-HMF的收率普遍很高,但以葡萄糖和纤维素等其他多糖聚合物作为原料合成5-HMF仍然受到较大的阻力㊂高比表面积和孔隙体积以及强酸性的固体酸普遍表现出更好的催化性能;溶剂作为催化剂和生物质反应的介质,与催化剂协同作用调控催化产物的生成方向,影响反应的选择率㊂非均相催化剂-溶剂体系下,5-HMF的收率基本可以达到一个较理想的状态,其中碳基固体酸-溶剂体系则是制备5-HMF收率非常理想的一类催化剂-溶剂体系,因此,可以预测该反应体系将会是未来研究的重要方向㊂参考文献[1]㊀Peng W H,Lee Y Y,Wu C,et al.Acid-base bi-functionalized,large-pored mesoporous silica nanoparticles for cooperative catalysis of one-pot cellulose-to-HMF conversion[J].Journal of Materials Chemistry, 2012,22(43):23181-23185.[2]㊀Wang N,Yao Y,Li W,et al.Catalytic dehydration of fructose to5-hydroxymethylfurfural over a mesoscopically assembled sulfated zirconia nanoparticle catalyst in organic solvent[J].RSC Adv.,2014,4(100): 57164-57172.[3]㊀徐杰,马继平,马红.5-羟甲基糠醛的制备及其催化氧化研究进展[J].石油化工,2012,41(11):1225-1233.[4]㊀张云雷.基于糖类生物质资源转化制备5-羟甲基糠醛的多孔催化剂设计及其催化性能与机理研究[D].镇江:江苏大学,2017. 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6生物化学习题（答案）6 生物氧化一、名词解释1、生物氧化：生物细胞将糖、脂、蛋白质等燃料分子氧化分解，最终生成CO2和H2O并释放出能量的作用。
生物氧化包括：有机碳氧化变成CO2；底物氧化脱氢、氢及电子通过呼吸链传递、分子氧与传递的氢结成水；在有机物被氧化成CO2和H2O的同时，释放的能量使ADP转变成ATP。
2、呼吸链：有机物在生物体内氧化过程中所脱下的氢原子，经过一系列有严格排列顺序的传递体组成的传递体系进行传递，最终与氧结合生成水，这样的电子或氢原子的传递体系称为呼吸链或电子传递链。
电子在逐步的传递过程中释放出能量被用于合成ATP，以作为生物体的能量来源。
3、氧化磷酸化：在底物脱氢被氧化时，电子或氢原子在呼吸链上的传递过程中伴随ADP磷酸化生成ATP的作用，称为氧化磷酸化。
氧化磷酸化是生物体内的糖、脂肪、蛋白质氧化分解合成ATP的主要方式。
4、P/O：电子经过呼吸链的传递作用最终与氧结合生成水，在此过程中所释放的能量用于ADP磷酸化生成ATP。
经此过程消耗一个原子的氧所要消耗的无机磷酸的分子数（也是生成ATP的分子数）称为磷氧比值（P／O）。
如NADH的磷氧比值是3，FADH2的磷氧比值是2。
5、底物水平磷酸化：在底物被氧化的过程中，底物分子内部能量重新分布产生高能磷酸键（或高能硫酯键），由此高能键提供能量使ADP（或GDP）磷酸化生成ATP（或GTP）的过程称为底物水平磷酸化。
此过程与呼吸链的作用无关，以底物水平磷酸化方式只产生少量ATP。
6、能荷：能荷是细胞中高能磷酸状态的一种数量上的衡量，能荷大小可以说明生物体中ATP-ADP-AMP系统的能量状态。
1、真核细胞的呼吸链主要存在于线粒体内膜，而原核细胞的呼吸链存在于细胞质膜。
2、NADH呼吸链中氧化磷酸化的偶联部位是复合体Ⅰ、复合体Ⅲ、复合体Ⅳ。
3、在呼吸链中，氢或电子从电负性较大（氧化还原电位较低）的载体依次向电正性较大（氧化还原电位较高）的载体传递。
第一章水分生理参考题一、名词解释：渗透势1．水分临界期2．水通道蛋白(水孔蛋白)．3．渗透调节：即调节细胞的渗透势。
在水分胁迫条件下，植物细胞通过主动积累小分子物质，降低渗透势，进而4降低水势，增强吸水。
水分利用效率5．．水势6．压力势7膨压与衬质势．8水的偏摩尔体积（2008考研）．9二、填空1.根系吸水的动力有______和____两种。
前者与_____吸水有关，后者与____吸水有关。
2.生物膜主要是由 ________和__________两类物质组成。
3.一个充分吸水的细胞，其水势ψP＝______。
将该细胞放入比其液泡浓度低100倍的溶液中，细胞体积会________。
4.当细胞在纯水中吸水饱和时，ψw＝________；当植物细胞发生质壁分离时，ψp＝___；当细胞强烈蒸腾失水时，ψp 为____。
5.干旱条件下，植物为了维持体内水分平衡，一方面要________，另一方面要_______。
6.用质壁分离法可以研究：___________、___________、____________。
7.干燥种子细胞的吸水的主要方式为_____________，成熟叶片叶肉细胞吸水的主要方式为________。
8.表明根压存在的两种生理现象是_______和_______。
9.植物体内水分以_________和_______两种状态存在。
10.叶片的蒸腾作用有两种方式，分别是___________和______________。
（2008考研）11.植物蒸腾作用主要以______________方式为主。
诱导气孔开启最有效的光是____，与气孔运动最密切的金属离子是________。
三、选择题1．将一个充分吸水的细胞转移到比其液泡浓度低100倍的溶液中时，则细胞（）。
A.吸水B. 失水C.不失水D.不吸水，也不失水2. 某植物制造100g干物质消耗了75kg的水，其蒸腾系数为（2008联考）A 750B 75C 7.5D 0.753. 已经形成液泡的植物细胞的吸水靠（）。
生物催化名词解释生物催化是一种对环境中能量转换过程起调控作用的过程，它在能源、资源的利用以及污染治理等方面都有重要意义。
生物催化剂(biocatalyst)是指一些由细菌、古菌等微生物产生的具有催化功能的物质。
生物催化所催化的反应可以是可逆的，也可以是不可逆的。
生物催化一般有3种类型：第一种是基于酶的催化，这些酶是专一性的催化剂，使一些需要高浓度底物或受热易分解的化合物转化为产物，这类催化剂广泛存在于大多数生物中，如植物中的蔗糖酶;动物体内的多种脱氢酶等。
这类酶是自催化过程，即只要反应条件满足，酶便可一直催化下去。
第二种是生物催化剂与金属配合物催化，它们是非专一性催化剂，有着与酶相同的性质，可在反应中逐步降低活性而被代替。
金属离子是反应过程中的重要组成部分，随着有机物的分解而还原成为无害的形式并被除去。
这类催化剂包括铁、钴、镍、铜等金属的氧化物。
这类催化剂称为微生物或古生物催化剂。
第三种是金属酶催化。
金属酶催化剂与无机金属的氧化物形成复合物，其中酶起催化作用，金属离子仅作载体。
当金属氧化物催化剂存在时，无机金属以离子状态存在，当加入金属酶后，金属酶成为活性中心，其中催化剂起着催化作用。
如镍-铁-锰合金酶，以镍为催化剂，将铁氧化成为铁离子;铬-铁-锌-铜合金酶，以铬为催化剂，将铁氧化成为铁离子。
此外，由天然金属离子如金、银、铁、锌、铜、钼和钨等与氨基酸的羧酸盐结合而成的金属酶，也可催化有机化合物的化学反应。
生物催化的另外两个特点是快速性和选择性。
酶催化的反应速率很快，大约在100～1000min，最适宜于进行选择性较强的化学反应。
生物催化剂常常能在常温常压下催化大多数不稳定化合物发生化学反应，尤其适宜于微生物催化。
生物催化剂既可催化相对分子质量比较大的化学反应，又可催化相对分子质量比较小的化学反应。
生物催化剂在光、热和水等外界条件的影响下，能够降低活性。
例如，热处理对酶蛋白的变性就是一种很好的改性方法。
