酶工程习题库(下)

六 简答题六 简答题 2 酶工程作为生物催化剂应用于工业生产有什么优点和缺点 酶工程作为生物催化剂应用于工业生产有什么优点和缺点 答 优点 催化效率高 专一性强 催化条件温和 无毒无害 来源广泛 导致酶制剂工 业的发生 发展 缺点 稳定性差 一次性使用 不易与产物分离 具有抗原性 导致酶固定化技术 酶 分子修饰技术的发展 3 酶活力测定需注意哪些问题 酶活力测定需注意哪些问题 答 1 测定的酶反应速度必须是初速度 一般指底物消耗量在 5 以内或是食物形成占 总 产量的 15 一下时的速度 只有初速度才与底物浓度成正比 2 反应必定在酶最适合的反应条件下进行 3 用反应速度对酶速度作图应将是一条通过原点的直线 4 底物浓度 辅助因子浓度必定大于酶浓度 5 测酶活力所用试剂中不应含有酶的抑制剂 激活剂 4 简述酶提取的方法与过程 简述酶提取的方法与过程 答 1 方法 a 盐溶解提取 b 酸溶液提取 c 碱溶液提取 d 有机溶液提取 2 过程 材料预处理 细胞破碎和酶的抽取 5 引起酶反应器生产能力下降的主要原因 选择酶反应器时需要考虑哪些问题 引起酶反应器生产能力下降的主要原因 选择酶反应器时需要考虑哪些问题 答 1 酶反应器生产能力下降主要原因是固定化酶活力的下降提早 原因 a 酶本身失活 b 酶从载体脱落 c 载体被破坏或溶解 d 底物和产物的稳定性及酶的抑制作用 只能缩短 酶反应时间 提高酶浓度 改变反应条件 e 酶反应器被微生物污染 产生蛋白酶 可用药 物控制 提高反应温度 底物溶液彻底灭菌 f 传热传质等混合平衡问题在反应器内设计配 置均质设施 2 选择酶反应器时须考虑的问题 a 固定化酶的形状 颗粒状粉末状 片状 膜状 纤维状等 b 底物的物理性质 小分子 可溶解适合于填充床 搅拌式 流化床式 模型等 大分子 不溶性 粘性 不适合填充体 模型 c 酶反应的力学特性 有底物抑 制反应 搅拌式 流化床 个别模型不适合填充床 有产物抑制的反应 适合于填充床 模型 流化床 不适合于循环反应器的产物回流装置 d 固定化酶的稳定性 影响大 机械 搅拌罐式最明显 其次流化床 e 操作要求反应器费用 搅拌罐型优势大 结构简单 易操 作控制造价成本低 6 有机相中酶形式的选择有哪些 有机相中酶形式的选择有哪些 答 1 酶粉 比表面积增大 与底物接触面大在水含量不变时 酶量有最佳值 2 化学修饰酶 增加酶表面的疏水性 导致酶在有机介质中溶解性增强 3 固定化酶 对抗有机介质变性的能力增强 随载体与酶形成共价键数量增加抗性增强 载体改变酶微环境的底物和产物的局部浓度 载体影响酶分子上的结合水 7 酶工程的研究内容主要是什么 酶工程的研究内容主要是什么 答 1 酶的产生与制备 产酶菌株工艺条件提纯条件 制取高活性 高纯度纯品分离方法 是核心 2 酶的固定化及酶分子修饰技术 是现代酶工程的里程碑 3 酶反应器及酶的 应用 4 转移酶 抗体酶 人工酶 模拟酶 5 酶传感器 8 在酶的发酵生产过程中 提高酶产量的措施有哪些 在酶的发酵生产过程中 提高酶产量的措施有哪些 答 1 选育优良的产酶细胞 2 保证发酵工艺条件并根据需要及变化情况及时调节 3 增加诱导物 4 控制阻遏物浓度 5 添加表面活性剂和其他产酶促进剂 9 根据酶的特性在酶分离纯化时需注意什么问题 根据酶的特性在酶分离纯化时需注意什么问题 答 1 要注意防止酶的变性失活 a 大多数酶 pH 小于 0 5 或大于 9 的条件下才稳定 b 大 多数情况下应该在低温下操作 c 酶溶液易形成泡沫而使酶变性 应防止泡沫形成 d 金属 引起酶变性 e 慎重选用溶剂 f 防止微生物污染以及蛋白质酶作用 2 在符合质量要求 前提下 尽量选择步骤简单 收率高 成本低的方法 3 酶具有催化活性 或以每一步操 作可通过酶活力测定跟踪酶变化的来龙去脉 为选择适当方法和条件提供根据 4 在保证 酶活力的条件下 可使用多种有效方法进行纯化 10 什么是蛋白质的稳定性 蛋白质稳定性的分子原因是什么 什么是蛋白质的稳定性 蛋白质稳定性的分子原因是什么 答 蛋白质的稳定性 蛋白质抵抗各种因素的影响 保持其生物活力的能力 蛋白质稳定性的分子原因是 金属离子 底物 辅因子和其他低相对分子质量配体的结合 作用 蛋白质 蛋白质和蛋白质 脂的作用 盐桥和氢键 二硫键 对氧化修饰敏感的氨 基酸含量较低 氨基酸残基的坚实装配 疏水相互作用 11 影响固定化酶性质的因素有哪些 影响固定化酶性质的因素有哪些 答 1 酶本身 2 分配效应 3 空间障碍效应 4 扩散效应 5 载体带负电荷 pH 向碱性方向 反之 向酸性方向 12 酶化学修饰后热稳定性 体内半衰期和抗原性如何变化 酶化学修饰后热稳定性 体内半衰期和抗原性如何变化 答 1 大多数酶修饰后热稳定性升高 但 PEG 修饰后酶热稳定性没明显变化 酶构象刚 性增强 酶分子内部热振动减少 2 体内半衰期延长 3 抗蛋白酶 抗抑制剂 抗失活 因子能力增强 特定修饰剂可以在消除抗原性上效果明显 蛋白水解酶的切点一些氨基酸 残基组成抗原决定簇 通过修饰破坏了抗原决定簇的结构 大分子修饰剂遮盖抗原决定簇 也阻碍抗原 抗体产生结合 13 试述酶在制备光学活性物质过程中的应用 试述酶在制备光学活性物质过程中的应用 答 1 不对称合成法 2 酶是手性物质 可以成为手性催化剂 3 外消旋体拆分 4 生物拆分与非生物拆分 5 非生物法中动力学拆分三种途径之一为酶催化 生物拆分利用 一个酶或一系列酶反应 14 试比较可逆抑制与不可逆抑制的不同点 试比较可逆抑制与不可逆抑制的不同点 答 1 可逆抑制与酶必须集团共价键结合 不可逆抑制与酶以非共价键结合 2 可逆抑 制能用物理方法除去 不可逆抑制不可以 3 可逆抑制分竞争性 非竞争性 反竞争性等 不可逆抑制分专一性与非专一性 4 可逆抑制以平衡常数衡量 不可逆抑制以速度常数衡 量 15 与游离酶相比 固定化酶优点和缺点有哪些 与游离酶相比 固定化酶优点和缺点有哪些 答 优点 易将固定化酶和底物 产物分开 产物溶液中没有酶的残留 简化了提纯工艺 可以在较长时间内连续使用 反应过程可以严格控制 有利于工艺自动化 提高了酶的稳 定性 较能适应于多酶反应 酶的使用效率高 增加产物收率高 成本降低 缺点 固定化时酶的活力有损失 比较适应于水溶性底物 与完整的细胞相比 不适于多 酶反应 特别是需要辅助因子的反应 加生产成本 工厂初始投资大 16 为什么酶制剂的生产主要以微生物为材料 为什么酶制剂的生产主要以微生物为材料 答 1 微生物种类多 酶种丰富 且菌株易诱变 菌种多样 2 微生物生长繁殖快 酶 易提取 特别是胞外酶 3 微生物易得 微生物培养方法简单 生长周期短 17 按照传统观念 有机溶剂是酶的变性剂 酶为什么可以在有机溶剂中催化反应 按照传统观念 有机溶剂是酶的变性剂 酶为什么可以在有机溶剂中催化反应 答 1 酶不溶于疏水性有机溶剂 它在含微量水的有机溶剂中以悬浮状态起催化作用 2 条件适合时 在有机相中酶能够保持其整体结构的完整性 有机溶剂中酶的结构至少是 酶活性部位的结构与水溶液中酶的结构是相同的 3 酶蛋白能够在有机溶剂中保持其三级 结构和活性中心的完整 4 只要条件合适 酶可以在非生物体系的疏水介质中催化天然或 非天然的疏水性底物和产物的转化 酶不仅可以在水与有机溶剂互溶体系 也可以在水与 有机溶剂组成的双液相体系 甚至在仅含微量水或几乎无水的有机溶剂中表现出催化活性 18 酶蛋白侧链有哪些功能基团可被化学修饰 酶蛋白侧链有哪些功能基团可被化学修饰 答 1 巯基和甲硫氨酸的甲硫基 2 氨基 赖氨酸 与羧基 3 组氨酸的咪唑基 精氨 酸的胍基 4 酪氨酸的酚羟基 苏氨酸和丝氨酸残基的羟基 5 色氨酸吲哚基 19 简述我国酶制剂应用方面的现状 简述我国酶制剂应用方面的现状 答 1 品种少 产品结果不合理 淀粉酶 蛋白酶 糖化酶总产量占 97 单一的品种 限制发展 2 产品技术含量不高 生产效益低 产量低 质量差 我国酶制剂销售额只占 世界的 4 液体酶发展较快 但颗粒酶与国际标准相差较远 3 研发能力差 新产品开 发慢 经费有限 20 对酶进行化学修饰时 应考虑哪些因素 对酶进行化学修饰时 应考虑哪些因素 答 1 被修饰酶的性质 包括酶的稳定性 酶活性中心的状况 侧链基团的性质及反应性 2 修饰反应的条件 包括 pH 与离子强度 修饰反应时间和温度 反应体系中酶与修饰剂 的比例等 21 列出用共价结合法对酶进行固定化时酶蛋白上可和载体结合的功能团 答 1 酶蛋白端的 氨基或赖氨酸的 氨基 2 酶蛋白 C 端的羧基及天冬氨酸的 羧基或谷氨酸的 羧基 3 半胱氨酸的巯基 色氨酸上的吲哚基 4 丝氨酸 酪氨酸 苏氨酸 上的羟基 5 苯丙氨酸和酪氨酸上的苯环 组氨酸上的咪唑基 22 在生产实践中 对产酶菌有何要求 在生产实践中 对产酶菌有何要求 答 一般必须符合下列条件 1 不应当是致病菌 在系统发育上最好是与病原无关 2 能够利用廉价原料 发酵周期短 产酶量高 3 菌种不易变异退化 不易感染噬菌体 4 最好选用产胞外酶菌种 有利于酶的分离纯化 回收率高 5 在食品和医药工业上应 用 安全问题更显得重要 23 辅酶固定化的意义及方法是什么 辅酶固定化的意义及方法是什么 答 大多数有机辅因子不能自行再生 其结构往往发生改变 因此 它们在继续使用之前 必须进行回收和再生 由于辅基与酶蛋白的结合比较牢固 通常可以用超滤膜截留等物理方法进行回收 而对于辅酶来说 直接用超滤膜截留并不理想 因为辅酶分子一般较小 所用的超滤膜 必须是十分致密 才能阻止酶能在酶反应系统中有效参与反应 必须考虑酶的固定化 24 为什么酶在有机溶剂中的稳定性比在水中稳定的多 为什么酶在有机溶剂中的稳定性比在水中稳定的多 答 Kilbanov 和 Volkin 认为有机溶剂中酶的稳定性比水溶液中高的原因是由于有机溶剂中 缺少使酶失活的水分子 七 问答题七 问答题 1 利用微生物生产酶制剂的优点是什么 对产酶菌种的要求是什么 利用微生物生产酶制剂的优点是什么 对产酶菌种的要求是什么 答 优点 1 微生物种类多 酶种丰富 且菌株易诱变 可变 2 微生物繁殖速度快 生产周期短 生产能力强 产酶量高 3 易分离提取 特别是胞外酶 4 原料来源广泛 价格便宜 生产成本低 5 容易实现大规模机械化 自动化连续化工生产 6 可利用生 物工程新技术 选育新菌种 提高产酶量 增加酶种 要求 1 不是致病菌 在系统发育上 最好与病原体无关 在食品与医药方面注意 安全性 2 能够利用廉价原料 发酵周期短 产酶量子 3 菌种遗传性要稳定 不易变 异退化 不易感染噬菌体 保证生产的稳定重要性 4 最好选用产胞外酶的菌种 有利于 酶的分离 回收率高 2 酶分子修饰的原因 目的和基本原理是什么 主要的修饰方法是什么 酶分子修饰的原因 目的和基本原理是什么 主要的修饰方法是什么 答 原因 1 活力问题 酶目前来源是生物材料 生物技术和产量有限 活力不高 2 稳 定性问题 酶是蛋白质 一般不稳定 使酶制剂的生产 保存反应有很大不便和问题 3 具有抗原性 酶是高分子蛋白质 作为药物使用 在生物体中有抗原反应及被抗体代谢失 效的危险 4 反应控制问题 实际反应中 pH 温度等多种因素不易达到保持酶的最适合 条件 目的目的 提高酶活力 增强酶的稳定性 降低或是消除酶的抗原性 总之可以大大改善天然 酶的不足之处 使其更适合于工业生产的应用要求 基本作用原理基本作用原理 通过分子修饰 可使酶的空间构象发生某些改变 更利于活性中心与底物 结合 并形成准确的催化部位 从而使酶活力提高 通过分子修饰 可在酶的外围形成保 护层 起到保护作用 起到保护酶的天然空间构想作用 以免受到其他因素的影响 从而 增加酶的稳定性 延长半衰期 通过分子修饰 使酶分子变小或是酶结构产生改变 不能 与抗体结合 就能降低甚至消除其抗原性 修饰方法修饰方法 金属离子置换修饰 大分子结合修饰 肽链有限水解修饰 酶蛋白侧链基因修 饰 分子内交联修饰 氨基酸的置换修饰 3 根据所学知识设计利用酶法生产果葡糖浆的工艺流程 要求写出关键酶 根据所学知识设计利用酶法生产果葡糖浆的工艺流程 要求写出关键酶 答 A B C A 淀粉酶 B 糖化酶 C 异构酶 4 酶固定化后其性质会发生什么变化 原因是什么 酶固定化后其性质会发生什么变化 原因是什么 答 1 固定化酶的活力在大多情况下比天然酶小 反应速度下降 其专一性也发生变化 a 酶在固定化过程中 酶分子空间构象会有所变化 甚至影响了活性中心的氨基酸残基 b 固定化后 酶分子空间自由度受到限制 空间位阻 会直接影响到活性中心对底物 的定位作用 c 内扩散阻力是底物分子与活性中心的接近受阻 d 包埋是酶被高分子 物质半透膜包围 大分子底物不能透过膜与酶接近 2 酶稳定性高 a 操作稳定性高 b 储存稳定性比游离酶大多数提高 c 对热稳定 大多数升高 有 些反而降低 d 对分解酶的稳定性提高 e 对变性剂的耐受力升高 3 固定化酶的最适 pH 变化 a 载体带负电荷 pH 向碱性方向移动 载体带负电荷 pH 向酸性方向移动 b 产物性质对体系 pH 的影响 催化反应的产物为酸性时 固定化酶的 pH 值比游离酶 的 pH 值高 反之则低 4 最适温度变化 一般与游离酶差不多 但有些会有较明显的变化 5 底物特异性变化 作用于低分子底物的酶特异性没有明显变化 既可作用于低分子底 物又可作用于大分子底物的酶特异性往往会变化 6 米氏常数 km 的变化 km 值随载体性质变化 a 载体与底物带相同电荷 km km 固定化酶降低了酶的亲和力 b 载体与底物电荷相反 静电作用 km km 5 与水溶液中相比 酶在有机溶剂中催化反应时表现出哪些新性质 与水溶液中相比 酶在有