吉首大学生物工艺学.doc

生物工艺学1. 生物反应过程的实质是利用生物催化剂从事生物产品的生产过程。2. 菌体在对数生长期所产生的产物。如氨基酸，核苷酸，蛋白质，核酸等，是菌体生长繁殖所必须的。这些产物叫做初级代谢产物，在生长的稳定期，某些菌体能合成一些具有特点功能的产物，这些产物与菌体生长繁殖无明显关系，叫做次级代谢产物。4.基因工程的宿主主要有：大肠杆菌，枯草芽孢杆菌，动物细胞5工业生产常用的微生物：从自然界中分离出来直接利用对野生菌体进行人工诱变，得到突变株才能被利用 使用重组DNA技术改造的菌株6.在工业生产中常用的微生物主要有：细菌，酵母菌，霉菌和放线菌7.从微生物中发现的抗生素，有60以上是放线菌产生的，如链霉素，红霉素，金霉素，庆大霉素。8.重铬酸钾，放线菌酮抑制细菌，真菌生长，但不影响放线菌，可用于放线菌的分离。9.菌种保藏是首先选择优良纯菌种，最好是它们夫人休眠体如孢子，芽孢等；其次是要创造一个有利于休眠体的环境条件，如低温，干燥，缺氧和缺乏营养物质等，使菌体的代谢活动处于最低状态，延长其保存期，如果菌种已经发生退化，产量下降，则要进行分离复壮。10.天然微生物是通过快速启动或关闭蛋白质的合成和有关的代谢途径，平衡各个代谢物流和反应速率来适应外界环境的变化的。11.代谢控制机制分为两种主要类别：酶活的调节（活化或钝化）和酶合成的调节（诱导或阻遏）12.蛋白质合成水平的调节一般比酶活性的调节更为经济，虽然后者更为快速，但浪费能量和建筑单位。因此，调节步骤主要存在于转录和转译的启动部位。13.共价修饰作用可分为可逆的和不可逆的两种。14.变构酶通常是具多个结合位点的寡聚蛋白。效应物和基质结合位点的占据会影响亚单位间构象的相互作用，导致基质亲和力的变化。变构效应是反馈机制的基础理论，是调节代谢的有效方法。15.酶活性的调节方法：代谢调节的部位控制，共价修饰，变（别）构控制，缔合与节理，竞争性抑制，酶的讲解16.酶合成的调节方式可归纳为：1.酶的诱导。分为负向控制与正向控制2.分解代谢阻遏3.终产物的调节。17.组成型酶不论细胞生长在什么培养基中，均无需诱导便能自动合成。18.诱导作用可以保证能量与氨基酸不浪费，不把它们用于合成那些暂时无用的酶上，只有在需要时细胞才会迅速合成它们。19.诱导酶的结构基因通常处于受阻遏的状态，即无诱导物存在下阻遏物与操纵基因结合，把结构基因关闭，故诱导作用又称为去阻遏作用。有一些半乳糖苷起稳定阻遏物与操纵基因结合的作用。因此是一种抗诱导物。20.反馈抑制作用是末端代谢产物抑制其合成途径中参与前几步反应的酶（通常是催化第一步反应的酶）活性的作用。反馈阻遏作用是末端代谢产物阻止整个代谢途径酶的合成作用。21避开末端代谢产物的反馈调节作用的方法可分为两类：一类是改变培养环境条件来限制末端代谢产物在细胞内部的积累；另一类是从遗传上改造微生物，使之对末端产物反馈调节作用不敏感。22.参与抗生素一类次级代谢物的合成的酶是通过诱导作用合成的。23.葡萄糖是碳源中最易利用的糖。24.培养基的成分主要包括：碳源，氮源，无机盐及微量元素，前体。生长因子，促进剂和抑制剂。25.按培养基组成物质的纯度可分为合成培养基和天然培养基，工业生产普遍使用天然培养基。26.培养基按其用途可分为孢子培养基，种子培养基和发酵培养基三种。27.通常，按接种龄以菌体处于生命力极为旺盛的对数生长期后期，且培养液中菌体过量将达到最高峰时较为合适。28.种子制备工艺包括：实验室种子制备阶段，产车间种子制备阶段。29.dXdt=X，公式中，X为菌体浓度，gL1;t为培养时间，h: 为比生长速率，h1.30.分批培养过程一般分为六期。即停滞期，加速期，对数期，减速期，静止期和死亡期，菌在生产静止（稳定）期的次级代谢十分活跃，许多次级代谢产物在此期大量合成。31. maxSKsS,公式中，max是最大比生长速率，Ks为基质利用常数，相当于max2时的基质浓度。gL1,这是菌对基质的亲和力的一种度量。32连续培养达到稳态时放掉发酵液中的细胞量等于生成细胞量。流入罐内的料液会使发酵液变稀，可用D来表示稀释率（h-1）:D=F/V,式中，F为料液流速，Lh-1：V为发酵液的体积，L。在稳定条件下，dX/dt=0,即X=DX,故=D，即在稳态条件下可通过补料速率来控制比生长速率，因V不变。33.培养基和发酵系统的灭菌方法分为化学和物理两大类，后者主要包括射线灭菌，加热灭菌和过滤除菌法。34.分批灭菌过程包括升温，保温和冷却三个阶段，灭菌过程主要在保温阶段完成，保温时间是决定灭菌效果的关键因素。35.连续灭菌就是将配制好的培养基在向反应器输送的同时完成加热，保温和冷却过程的灭菌方式。36.连续灭菌分4个过程，其中预热过程在配料罐内进行，使培养基升温至70左右。预热的主要目的是使不溶性淀粉等物料糊化而不发生沉淀，并且使培养基在后续蒸汽加热过程中产生的震动和噪声减小。37.大多数好氧微生物反应过程一般需要每分钟连续向美立方米发酵液通入0.51m3空气，并且要求通入的空气为无菌，具有一定的压力与温度。38.为了提高氧在液相的溶解度，除了增加搅拌强度和加大供气程度外，也可在菌体内引入与氧有亲和力的载体，使得呼吸细胞器容易获得足够的氧，这主要是指在菌体内导入编码与氧有亲和力的血红蛋白的基因；另外，也可在液相中加入氧载体。39氧载体一般指不溶于培养基但具有吸附或包裹溶解氧的物质。可作为氧载体的液体有烷烃和全氟化碳。40.将一种丝状细菌叫透明颤菌的血红蛋白基因克隆到大肠杆菌和放线菌中，即可促进有氧代谢，菌体生长和抗生素的合成。41.溶氧（DO）是需氧微生物生长所必须的。在发酵过程中DO往往是控制因素，这是氧在水中溶解度很低的缘故。1. 共价修饰：蛋白质分子中的一个或多个氨基酸残基与一个化学基团共价连续或断开，使其活性改变的作用。用共价修饰方式使酶钝化或活化。2. 变（别）构控制：许多酶受一些效应物的控制，这些效应物是一种酶的基质，产物或调节性代谢物。效应物促进或抑制酶的反应速率，影响酶对基质的亲和力。这些机制有一个共同特点，即效应物结合在酶的某一位点会影响另一配基对第二个位点的结合。这种可逆的相互作用基质称为变构活化或变构抑制。3. 组成型突变：若调节基因或操纵基因发生突变，使改变后的阻遏物失去同操纵基因结合的能力或使突变后的操纵基因失去阻遏物的亲和力，这样，即使没有诱导物，RNA聚合酶也能转录。这种突变称为组合型突变。4. 种子：一般是将保存在沙土管。冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面，活化后再经过茄子瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和质量的纯种。这些纯种培养物称为种子。5. 分批培养：是一种准封闭式系统。种子接种到培养基后除了气体流通外，发酵液始终留在生物反应器内。6. 补料（流加）-分批培养：在分批培养过程中补入新鲜料液，以克服由于养分的不足导致发酵过程过早结束。由于只有料液的输入，没有输出，因此，发酵液体积在增加。7. 连续培养：在过程中一面补入新鲜的料液，一面以相近的流速放料，维持发酵液原来的体积。8. 分批灭菌：分批灭菌也称为实罐灭菌，是将培养基和所有设备仪器一起通入蒸汽进行加温灭菌的过程。9. 临界氧浓度：是指不影响呼吸所允许的最低氧浓度。如对产物而言，便是不影响产物合成所允许的最低浓度。选择题酶合成错误的是：环境并不能影响细胞遗传物质的结构，不能左右基因的表达诱导作用错误的是：若酶的合成速率受基质浓度变化的影响很小，这种酶称为诱导酶，诱导酶不论细胞生长在什么培养基中，均无需诱导便能自动合成。补料-分批培养错误的是：培养液中的总菌量，细胞浓度随时间的延长而增加。代谢调控，错误的是：代谢控制机制分为两种主要类别：酶活的调节（诱导或阻遏）和酶合成的调节（活化或钝化）加热灭菌错误的是：分批灭菌也称为实罐灭菌，是将培养基和所有设备一起通入热空气进行加温灭菌的过程。分批灭菌正确的是：ABCD空气过滤除菌，正确的是：ABCD下列哪些可以提高氧在液相的溶解度：ABCD溶氧错误的是：培养过程中维持DO越高越好一 工业化菌种的要求 能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量的高效地合成产物；有关合成产物途径尽可能地简单，或者说菌种改造的可操作性要强；遗传性能要求相对稳定；产生菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好与致病菌无关）；生产特性要求符合工艺要求。二 为什么说微生物的代谢网络是受到最高调节的/ 1,微生物生长在含有单一有机化合物为能源的合成培养基中，所有大分子单体（前体），如氨基酸的合成速率同大分子，如蛋白质的合成速率是协调一致的，不会浪费能量，去合成那些它们用不着的东西；2.任何一种单体的合成，只要它从外源获得，且能进入细胞内，单体的合成就自动终止，参与这些单体生成的酶的合成也会停止；3.微生物只有在基质，如乳糖存在时，才会合成异化这些基质的酶；4.如存在两种基质，微生物会先合成那些能更易利用的基质的酶，待易利用的基质耗竭才开始诱导分解较难利用的基质的酶；5.养分影响生长速率 。三 诱导作用的分子水平的机制 诱导作用的机制可用于操纵子假说解释。这一般认为，编码一系列功能相关的酶的基因在染色体中紧密排列在一起，而且它们的表达与关闭是通过同一控制点协同进行的。每个操纵子至少由4个部位组成。 当有诱导物是，阻遏物也是种变构蛋白，与诱导物结合会使其构象改变，从而失去同操纵基因的亲和力，不能与操纵基因结合。这样RNA聚合酶可以获得进行结构基因转录的信息，诱导酶被合成。四 培养基的配制应考虑的因素？ 根据不同微生物的营养需要配制不同的培养基；营养成分的恰当配比；渗透压；PH；氧化还原单位；营养成分的加入顺序；灭菌的影响。五 影响种子质量的因素 1 原材料的影响；2培养基成分的影响；3培养条件：空气，湿度，通气量；4，种子保藏的影响；5，接种方法的影响。六 分批培养的优缺点 优点：操作简单，周期短，染菌的机会少，且生产过程中，产品质量易掌握。缺点：但分批培养不适用于测定其过程动力学，因适用复合培养基，不能简单的运用Monod方程来描述生长，存在基质抑制问题，出现二次生长现象。如对基质浓度敏感的产物，或次级代谢物，抗生素，用分批培养不合适；因其周期较短，一般在13天，产率较低，这主要是由于养分的耗竭，无法维持下去。七 温度对产物合成的影响 温度对生长和生产的影响是不一样的。一般地，发酵温度升高，酶反应速率增大，生长代谢加快，生产期提前。但是，酶本身很容易因过热而失去活性，变现在菌体容易衰老，发酵周期缩短，从而影响最终产量。温度除了直接影响过程的各种反应速率外，还会改变发酵液的物理性质，例如，氧的溶解度和基质的传质速率以及菌对养分的分解和吸收速率，间接影响产物的合成。温度还会影响产物合成的方向，对代谢有调节作用。不同菌种和培养条件以及不同的酶反应和生长阶段，所对应的最适温度是不一样的。在整个发酵周期内仅选用一个最适温度不一定好。因适合菌体生长的温度不一定适合产物的合成。温度的选择还应参考其他发酵条件，灵活掌握。计算题1. 以乙醇为唯一碳源进行产气气杆菌培养，细胞初级浓度X0=0.1Kg/m3,培养基至3.2h,细胞浓度为8.44Kg/m3，如果不考虑延迟，比生长速率一定，求倍增时间td解：dX/dt=X（1） 当t=0，X=