1、生物反應工程復習第一章：緒論1.生物反應工程：生物反應工程是一門以研究生物反應過程中帶有共性的工程技術問題的學科。2.生物反應工程研究的內容：生物學和工程學基礎；酶動力學；生化反應；發酵作用的設計工程；大規模轉移；生物過程的比例增加；生物反應工程的進展。第二章：酶催化反應動力學1. 根據酶所催化的反應類型，可以將酶分為六大類：氧化還原酶；轉移酶；水解酶；裂合酶；異構酶；連接酶。2. 酶的不同形式：單體酶(monomeric enzyme) 寡聚酶(oligomeric enzyme) 多酶體系(multienzyme system) 多功能酶(multifunctional enzyme)或串

2、聯酶(tandem enzyme) 3. 輔酶 (coenzyme):與酶蛋白結合疏松，可用透析或超濾的方法除去。 輔基 (prosthetic group):與酶蛋白結合緊密，不能用透析或超濾的方法除去。4. 酶的活性中心(active center)：或稱活性部位(active site)，指必需基團在空間結構上彼此靠近，組成具有特定空間結構的區域，能與底物特異結合并將底物轉化為產物。5. 酶促反應的特異性，相對和絕對：酶的特異性(specificity)：一種酶僅作用于一種或一類化合物，或一定的化學鍵，催化一定的化學反應并生成一定的產物。酶的這種選擇性稱為酶的特異性或專一性。 絕對特異性

3、(absolute specificity)：酶只作用于特定結構的底物，進行一種專一的反應，生成一種特定結構的產物 。 相對特異性(relative specificity)：酶作用于一類化合物或一種化學鍵。6. 酶促反應的機理： （一）兩個學說 鎖-鑰學說：酶-底物復合物的形成 誘導契合假說：酶與底物相互接近時，其結構相互誘導、相互變形和相互適應，進而相互結合。 （二）酶促反應的機制 1. 鄰近效應與定向排列 2. 多元催化 3. 表面效應(surface effect)7.米氏方程及意義： 米氏方程： 米曼氏方程式推導基于兩個假設：反應剛剛開始，產物的生成量極少，逆反應可不予考慮。S超過E

4、，S的變化可忽略不計。意義：1. Km值等于酶促反應速度為最大反應速度一半時的底物濃度，單位是mol/L。2. Km可近似表示酶對底物的親和力； 3.Km是酶的特征性常數之一 4. Vmax定義：Vmax是酶完全被底物飽和時的反應速度，與酶濃度成正比。意義：Vmax=K3 E如果酶的總濃度已知，可從Vmax計算酶的轉換數(turnover number)，即動力學常數K3。8. 抑制作用的類型: 不可逆性抑制 (irreversible inhibition) 可逆性抑制 (reversible inhibition)：競爭性抑制 (competitive inhibition)非競爭性抑制

5、(non-competitive inhibition)反競爭性抑制 (uncompetitive inhibition9. 動力學特點： 競爭性抑制：動力學特點：Vmax不變，表觀Km。 非競爭性抑制：動力學特點：Vmax，表觀Km不變。 第三章：應用酶催化和酶催化反應器1酶在食品方面的應用及舉例： 應用于食品工業的酶制劑 淀粉酶 淀粉液化,制造葡萄糖,醇生產,紡織品退漿 淀粉酶 麥芽糖生產制造啤酒 調節烘烤物的體積 糖化酶 糊精降解為葡萄糖 蛋白酶 肉軟化乳酪生產香腸熟化制蛋白胨酶法生產葡萄糖 果葡糖漿的生產 飴糖的生產 酶在蛋白制品加工中的應用： 蛋白制品 在乳制品的加工方面的應用 在蛋

6、制品加工方面的應用酶在果蔬加工中的應用：果膠酶：用于果汁和果酒的澄清方面效果極佳 柚苷酶：用于分解柑桔類果肉和果汁中的柚皮苷，以脫除苦味； 橙皮苷酶：可使橙皮苷分解，能有效地防止柑桔類罐頭制品出現白色渾濁；葡萄糖氧化酶：可去除果汁、飲料、罐頭食品和干燥果蔬制品中的氧氣，防止產品氧化變質，防上微生物生長，以延長食品保存期；溶菌酶：可防止細菌污染，起食品保鮮作用等。酶在改善食品品質與風味中的應用：用洋蔥風味酶處理甘藍等蔬菜可使被處理的蔬菜呈現出洋蔥的風味用奶油風味酶作用于含乳脂的巧克力、冰淇淋，人造奶油等食品，可使這些食品增強奶油的風味。2酶在生物工程方面的應用及舉例： 酶在除去細胞壁方面的應用除

7、 去細菌細胞壁 除去酵母細胞壁 除去霉菌細胞壁 植物細胞壁的破除酶在大分子切割方面的應用 限制性核酸內切酶 DNA外切核酸酶 堿性磷酸酶 核酸酶S1酶在大分子拚接方面的應用 DNA連接酶 DNA連接酶3酶反應器的特點與類型：特點 與化學反應器相比：在低溫、低壓下發揮作用，反應時的耗能和產能較少。 與發酵反應器相比：不表現自催化方式（即細胞的連續再生）。類型攪拌罐型反應器：有攪拌裝置的、傳統形式的反應器 適用的酶：固定化酶固定床型反應器：又稱活塞流反應器(Plug Flow Reactor, PFR) 適用于：固定化酶流化床型反應器：裝有較小顆粒的垂直塔式反應器(形狀可為柱形、錐形等) 適用于：

8、固定化酶膜式反應器：將酶催化反應與半透膜的分離作用組合在一起的反應器 適用于：游離酶、固定化酶鼓泡塔型反應器：是有氣體參與的酶催化反應中常用的一種反應器。 適用于：游離酶、固定化酶第四章：細胞信號傳導1細胞是生命活動的基本單位。細胞是構成有機體的基本單位；細胞是 有機體代謝與功能的基本單位；細胞是有機體生長發育的基礎；細胞是遺傳的基本單位。2細胞中重要細胞器的作用： 內質網：內質網是細胞蛋白質與脂質全成的基地，幾乎全部的脂質和多種重要的蛋白質都是在內質網上合成的。 高爾基體：高爾基體蛋白質的加工、分選、包裝與運輸以及在細胞“膜流”中起重要作用。此外，蛋白質的糖基化及其復雜的加工與修飾。多肽的酶

9、解加工以及多糖合成等也發生在高爾基體中。 線粒體：線粒體的主要功能是進行氧化磷酸化，合成ATP，為細胞生命活動提供直接能量。 葉綠體：葉綠體的主要功能是進行光合作用。 溶酶體：單層膜，是“消化車間”，內部含有多種水解酶，能分解衰老，損傷的細胞器，核糖體：是合成蛋白質的場所3信息物質有哪些： 第一信使：（1）神經遞質（2）內分泌激素（3）局部化學介質（4）氣體信號 第二信使：在細胞內傳遞信息的小分子物質，如：Ca2+、DAG、IP3、Cer、cAMP、cGMP、花生四烯酸及其代謝產物等。第三信使：種類 信息物質受體 引起細胞內的變化神經遞質乙酰膽堿、谷氨酸、g 氨基丁酸質膜受體影響離子通道關閉生

10、長因子類胰島素樣生長因 -1、表皮生長因子、 血小板衍生生長因子質膜受體引起酶蛋白和功能蛋白的磷酸化和去磷酸化，改變細胞的代謝和基因表達激素蛋白質、多肽及氨基酸衍生物類激素類固醇激素、甲狀腺素質膜受體胞內受體同上調節轉錄維生素 維生素A、維生素D 胞內受體 同上 4.第二信使（定義，舉例） 定義：第一信使物質經轉導刺激細胞內產生的傳遞細胞調控信號的化學物質。 舉例：Ca2+、DAG、IP3、Cer、cAMP、cGMP、花生四烯酸及其代謝產物等。5.膜受體介導的信息傳遞分類：（1）cAMP- 蛋白激酶途徑（2）Ca2+- 依賴性蛋白激酶途徑（3）cGMP- 蛋白激酶途徑（4）酪氨酸蛋白激酶途徑（

11、5）核因子k B途徑（6）TGF-途徑第五章 細胞代謝的計量關系和能學1、系統的概念 答：能量轉移和傳遞的機制都是熱力學基本內容，可以借用熱力學的術語與結論來解釋和理解微生物生長過程中產能吸熱問題。2、黑箱理論 答：所謂“黑箱”，就是指那些既不能打開，又不能從外部直接觀察其內部狀態的系統，比如人們的大腦只能通過信息的輸入輸出來確定其結構和參數。“黑箱方法”從綜合的角度為人們提供了一條認識事物的重要途徑，尤其對某些內部結構比較復雜的系統，對迄今為止人們的力量尚不能分解的系統，黑箱理論提供的研究方法是非常有效的。3、標準自由能的計算 答：4、生物體為什么偏偏選擇ATP作為換能的媒介呢？ 答：（1）

12、轉移能力高的化合物和轉移能力低的化合物間起橋梁作用（2）磷酸基團的轉移酶類都是對ADP和ATP高度專一的。第六章 細胞生長動力學1、微生物生長溫度類型v 低溫型微生物（嗜冷微生物）v 中溫型微生物（嗜溫微生物）v 高溫型微生物（嗜熱微生物）2、細胞比生長速率和溫度之間的關系 3、比生長速率的定義及計算 答：定義：比生長速率 ：每小時單位質量的菌體所增加的菌體量稱為菌體比生長速率。計算：第七章 生物反應器1、生物反應器特點設計的基本原理 答：生物反應器的特點：Ø 生物（酶除外）反應都以自催化（autocatalysis）方式進行，即在目的產物生成的過程中生物自力要生長繁殖。Ø

13、 生物反應速率較快，生物反應器的體積反應速率不高Ø 與其他相關生產規模的加工過程相比，所需反應器體積大Ø 對好氧反應，因通風與混合等，動力消耗高Ø 產物濃度低生物反應器設計的基本原理： 選擇適宜的生物催化劑。這包括要了解產物在生物反應的哪一階段大量生成、適宜的pH和溫度，是否好氧和易受雜菌污染等。確定適宜的反應器形式。確定反應器規模、幾何尺寸、操作變量等。傳熱面積的計算。通風與攪拌裝置的設計計算。材料的選擇與確保無菌操作的設計。檢驗與控制裝置。安全性。經濟性。第八章 基因重組細胞培養工程1、各種酶的作用及定義工具酶： 基因工程中的工具酶主要包括用于DNA和RNA分

14、子的切割、連接、聚合、逆轉錄等相關的各種酶類。 限制性核酸內切酶： 是一類由細菌產生的能專一識別和切割雙鏈DNA中的特定堿基序列的核酸內切酶，簡稱限制酶或切割酶同裂酶： 在切割DNA時，其切割點可以是相同的，產生平頭末端，稱為同識同切； 切割點也可以是不同的，產生3或5粘性末端，稱為同識異切。 同尾酶: 指來源不同，但識別與切割順序有一定的相關性的一類酶。它們作用后產生相同的粘性末端。可變酶： 識別順序中的一個或幾個堿基是可變的，并且識別順序往往超過6個堿基對。工具酶 活性 限制性核酸內切酶 識別特異堿基序列，切割DNA T4 DNA連接酶 催化DNA5-磷酸與3-羥基 形成磷酸二酯鍵 DNA

15、聚合酶 以DNA為模板合成DNA 逆轉錄酶 以RNA為模板合成cDNA 堿性磷酸酶 切除5¢末端磷酸T4多聚核苷酸激酶 催化核酸5'-羥基磷酸化末端脫氧核苷酸轉移酶 催化3'-端合成同聚尾 2、細胞重組的定義，幾個基本概念 答：定義：從活細胞中分離出細胞器及其組分，然后在體外一定條件下將不同來源的細胞器及其組分進行重組，使其重新裝配成為具有生物活性的細胞或細胞器的一種實驗技術。基本概念：胞質體：除去細胞核后由膜包裹的無核細胞。微質體：植物去核原生質。核體：在細胞去核過程中，分離出的核帶有少量胞質并圍有質膜稱為核體。微細胞（微核體）：指含有一條或幾條染色體（即只含一部分基因組），外有一薄層細胞質和一個完整質膜的核質體。3、重組的幾種形式、方法及試劑。 答：細胞重組的方式：胞質體與完整細胞重組胞質雜種（cybrid）微細胞與完整細胞重組微細胞異核體（heterokaryon）胞質體與核體（karyoplast）重新組合重組細胞 （1）、胞質體制備方法：借助細胞松弛素的排核作用，結合高速離心得到了胞質體。（2）、核體制備 防止夾雜完整細胞和胞質體。 1）. 預離心，可去除貼壁不牢的完整細胞。 2）.可在去核處理后，收集樣品，接種于培養皿內，溫育l-2h，重復l-2次，可從上清液中收集得到較純凈的核