食品生物技术导论复习考试题.doc

第一章 绪论1 什么是食品生物技术？答：食品生物技术是现代生物技术在食品领域中的应用，是指以现代生命科学的研究成果为基础，结合现代工程技术手段和其他学科的研究成果，用全新的方法和手段设计新型的食品和食品原料。2 举例说明传统生物技术与现代生物技术？两者的区别和联系答：不同：传统生物技术的研究水平是细胞或组织水平，现代生物技术的研究水平是在分子水平。 联系：现代生物技术的研究是以传统生物技术为基础。现代生物技术的研究能够促进传统生物技术研究现代生物技术和古代利用微生物的酿造技术和近代的发酵技术有发展中的联系，但又有质的区别。古老的酿造技术和近代的发酵技术只是利用现有的生物或生物机能为人类服务，而现代的生物技术则是按照人们的意愿和需要创造全新的生物类型和生物机能，或者改造现有的生物类型和生物机能，包括改造人类自身，从而造福于人类。现代生物技术生物工程，是人类在建立实用生物技术中从必然王国走走向自由王国、从等待大自然的恩赐转向主动向大自然索取的质的飞跃。3 食品生物技术主要包含哪些内容？答：内容：基因工程、细胞工程、蛋白质工程、酶工程、发酵工程、生物工程下游技术、现代分子检测技术。4 食品生物技术各部分间是怎样的关系？答：在某种意义上，基于现代分子生物学基础上的基因工程技术是食品生物技术的核心和基础，它贯穿于细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程、生物工程下游技术和现代分子检测的技术之中。而细胞工程、发酵工程、蛋白质工程和现代分子检测技术又相互融合，相互穿插，与基因工程技术构成了一个既有中心，又各有侧重点，又相互联系的密不可分的有机整体。5 食品生物技术各内容在食品工业发展中的地位和作用？答：食品生物技术研究内容已涉及到食品工业的方方面面，从原料到加工无处不存在食品生物技术的痕迹。（1）基因工程技术可以根据人类的需要人为地设计新型的食品及食品原料，基因工程还可以为发酵工程提供更优良的工株，促进食品发酵工业的发展。基因工程将处在21世纪食品工业的核心位置；（2）发酵技术很早被人们用于生产食品，此外，在生产食品添加剂等食品生产原料方面发挥了重要作用，食品发酵工程在食品工业中占有举足轻重的作用；（3）食品与酶的关系密切，食品生产离不开酶处理，蛋白质工程和酶工程在食品工业中所占比重将会更大；（4）生物工程下游技术与食品加工工艺密切相关，作为现代食品工业不可缺少的部分将对食品工业的发展起到推动作用。第二章 基因工程6 什么是基因工程？其操作环境、操作对象、操作水平、基本过程分别是什么？答：基因工程是指在体外通过人工“剪切”和“拼接”等方法，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞并使重组基因在受体细胞中表达，产生人类需要的基因产物的技术。操作环境：生物体外；操作对象是DNA分子，也就是基因；操作水平：DNA分子水平；基本过程：剪切拼接导入表达。7 基因工程的操作步骤有哪些？答：1.目的基因的获取2.基因表达载体的构建3.将目的基因导入受体细胞4.目的基因的检测和表达。8 什么是工具酶，举例至少3种工具酶答：工具酶：在基因工程中起到特定功能的酶的统称。举例：限制性内切酶、连接酶、聚合酶和核酸酶等。9 限制性内切酶的定义及分类?答：在特定部位限制性地切割DNA分子的酶。分类：型、型和型限制性内切酶。10 限制性内切酶的平齐末端与粘性末端答：平齐末端：限制性内切酶在切割DNA双链时产生两端平整的DNA分子的末端，这些末端叫平齐末端。黏性末端：有些限制性内切酶切割DNA后产生5磷酸基团突出的末端和3羟基突出的末端，统称为黏性末端。11 同尾酶与同裂酶的定义答：同尾酶，虽然识别序列不同但是切割DNA产生的末端相同的酶；同裂酶，指来源于不同机体但具有相同识别和切割序列的酶。12 DNA连接酶的定义及功能答：能将两段DNA拼接起来的酶叫DNA连接酶；功能：DNA连接酶：主要是连接DNA片段之间的磷酸二酯键，起连接作用，在基因工程中起作用。基因工程中，大肠杆菌连接酶只连接黏性末端，而T4连接酶既可连接黏性末端，又可连接平末端。13 举例说明5种以上DNA聚合酶答：大肠杆菌DNA聚合酶（全酶）、大肠杆菌DNA聚合酶大片段（Klenow片段）、T4噬菌体DNA聚合酶、耐热DNA聚合酶、末端转移酶、逆转录酶。14 基因工程载体的定义，及理想基因工程载体的特征?答：承载目的基因或外源DNA片段进入宿主细胞，并且使其得以维持的DNA分子称为基因工程载体。特征：在宿主细胞内独立、稳定地自我复制。外源DNA插入其DNA之后，仍保持稳定复制能力和遗传特性。易于从宿主细胞中分离，并进行纯化。在其DNA序列中有适当的限制性内切酶单一酶切位点。这些位点位于DNA复制的非必需区，在这些位点上插入外源DNA不影响载体自身DNA复制。具有能直接观察的表型特征(报告基因)，插入外源DNA后，这些特征可作为重组DNA选择的标记。15 质粒的定义，什么叫质粒拷贝数?答：质粒是指在细菌中独立于染色体之外存在，能自主复制的双链环状DNA分子。质粒拷贝数：指质粒在宿主细胞中的个数。16 什么是穿梭质粒载体，举例1个穿梭质粒载体答：所谓穿梭质粒载体是指一类人工构建的具有两种不同复制起点和选择标记，因而可以在两种不同类群宿主中存活和复制的质粒载体。枯草的pBE2、酵母的pPIC9K、哺乳动物表达载体pMT2和用于植物细胞的Ti质粒。17 什么是目的基因？获得目的基因的途径有哪些 答：目的基因，又叫靶基因，是指根据基因工程的目的和设计所需要的某些DNA分子的片段，含有一种或几种遗传信息的全套密码。获取途径：（1）直接分离法；（2）基因文库筛选法 ；（3）聚合酶链式反应法（PCR）；（4）化学合成法。18 聚合酶链式反应法（PCR）反应的基本过程是怎样的？答：变性。将模板DNA置于95的高温下，使双链DNA的双链解开变成单链DNA。退火。将反应体系的温度降低至55左右，使得一对引物能分别与变性后的两条模板链相配对。延伸。将反应体系温度升高到TaqDNA聚合酶作用的最适温度72，然后以目的基因为模板，合成新的DNA链。如此反复进行约30个循环，即可扩增得到目的DNA序列。19 目的基因与载体的连接的方法有哪些答： 亚克隆、黏性末端连接、平端连接、人工接头连接、同聚物加尾连接 。 20 什么是受体细胞，受体细胞有哪些？答：是指在转化和转导（感染）中接受外源基因的宿主细胞。受体细胞有原核受体细胞(最主要是大肠杆菌)、真核受体细胞(最主要是酵母菌)、动物细胞和昆虫细胞(其实也是真核受体细胞)。 21 什么是感受态细胞，如何获得感受态细胞答：能够吸收游离DNA片段的细菌细胞称为感受态细胞。在冰浴中用一定浓度的氯化钙处理对数生长期的大肠杆菌，能增加膜的通透性，从而获得高效率转化的感受态细胞。22 举例说明基因工程在食品产业中有哪些应用？答：（1）利用基因工程改造食品微生物：改良微生物菌种，改良乳酸菌遗传特性；（2）利用基因工程改善动物食品原料的品质：肉品品质改良，乳品品种改良；（3）利用基因工程改造植物性食品原料：植物蛋白质品质改良，植物淀粉改良，植物油脂改良；（4）利用基因工程改进食品生产工艺（改进果糖和乙醇生产方法、提高马铃薯的加工性能）；（5）改良食品的风味（甜蛋白、酱油风味、啤酒风味）；（6）生产食品添加剂和功能性食品（氨基酸、黄原胶）。23 谈谈基因工程在食品产业中的应用前景答： 基因工程技术是一门诞生不久的新兴技术，正如其它一些新技术的产生过程一样，由于人们一开始对新技术的了解程度不够，由此而产生的疑虑和争论是可以理解的，更何况基因工程技术研究的产品与人类健康息息相关。虽然现在对基因工程技术仍有许多争论，但目前科学界已基本上达成共识，即基因工程本身是一门中性技术，只要能正确地使用该项技术就可以造福于人类。目前，包括我国政府在内的各国政府对基因工程技术在农业和食品工业中的应用都制定了相关的管理条例，因此只要合理地使用，基因工程技术将是发展绿色食品产业的有效手段。可以预言，在2l世纪，以基因工程为核心的生物技术必将给食品工业带来深刻的革命。第三章 细胞工程1、什么是细胞工程？答：所谓细胞工程是指以细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、繁殖、或人为地使细胞的某些生物学特性按人们的意志发生改变，从而达到改良生物品种和创造新品种，加速动物、植物个体的繁殖，或获得某些有用的物质的过程。2、什么是细胞全能性？答：一个与合子具有相同遗传内容的体细胞具有产生完整生物个体的潜在能力称为细胞全能性。3、 什么是植物细胞培养？答：指细胞悬浮培养，即使游离的植物细胞或一些小的细胞团在液体培养基中增殖并分离提取细胞产生的代谢产物的一种技术。4、植物细胞培养基成分主要有哪些答：无机盐类，分为大量元素和微量元素；碳源，蔗糖或葡萄糖；植物生长激素，分为生长素和分裂素；有机氮源，蛋白质水解产物，谷氨酰胺或氨基酸混合物；维生素，硫胺素；复合物质，酵母抽提液、麦芽抽提液、椰子汁和水果汁，作为细胞的生长调节剂。5、植物细胞悬浮培养的主要流程答：疏松愈伤组织振荡过滤离心去上清新鲜培养基调密度振荡6、什么是动物细胞培养？答：动物细胞培养是将动物细胞或组织从机体中取出，分散成单个细胞，给予必要的生长条件，模拟体内生长环境，在无菌、适温和丰富的营养条件下，在体外继续生长和增值的过程。7、根据是否贴附于支持物，动物细胞有哪两个类型，对应的培养方式分别为什么？答：培养细胞分类：悬浮型和贴附型。悬浮型，呈悬浮状态生长的细胞，悬浮培养；贴附型，贴附于支持物生长的细胞，贴壁依赖性细胞培养。8、动物细胞培养基主要成分有哪些？答：氨基酸，12种必需氨基酸；维生素，B族维生素，其他靠从血清中获取；盐；有机添加剂，核苷、丙酮酸、脂类等；激素和生长因子，血清可满足。9、什么是动物细胞贴壁培养，动物细胞贴壁分为哪4个步骤？答：指细胞附着在带有适量电荷的固体或半固体表面上进行培养的方法。4步骤：贴壁因子吸附于培养表面细胞与表面接触细胞贴壁于培养表面贴壁细胞在培养表面上扩展。10、什么是动物细胞微载体培养和微囊培养？答：微载体培养：微载体以细小的颗粒作为细胞载体，通过搅拌悬浮在培养液内，使细胞在载体表面繁殖成单层的一种细胞培养技术。微囊培养：将细胞包裹在微囊中，在培养液中悬浮培养，小分子物质可以自由通过，而各种酶、辅酶、离子交换剂、活性炭及蛋白等大分子物质不能逸出，达到催化或培养的目的的一种细胞培养技术。11、细胞融合的定义和意义答：指在一定条件下，将不同来源的原生质体相融合并使之分化再生，形成新物种或新品种的技术，又称体细胞杂交。意义：促进基因重组，对遗传育种、选育优良品系，以获得高产优质的品种具有重要的实践意义。12、简述细胞融合的三种方法及其原理答：方法（1）生物学法（2）化学融合剂法（3）电处理融合法 原理：细胞的全能性13、什么是植物细胞工程？植物细胞工程的内容是什么？答：植物细胞工程：以植物细胞为基本单位在离体条件下进行培养、繁殖或人为精细操作，使细胞的一些生物学特性按人们的意愿发生根本改变，从而达到改良品种或生产生物产品的一种技术。基本内容：原生质体的培养技术、植物细胞杂交技术、植物单倍体培养技术。14、植物细胞工程在食品工业中的应用？答：1、通过植物细胞工程生产香料2、利用植物细胞培养技术生产食品添加剂3、利用植物细胞培养技术生产天然食品4、利用植物细胞培养技术生产植物药。5、利用植物细胞培养技术生产抗氧化剂。第四章 蛋白质工程1、什么是蛋白质工程？答：所谓蛋白质工程，是指通过生物技术对蛋白质的分子结构或者对编码蛋白质的基因进行改造，以便获得更适合人类需要的蛋白质产品的技术。2、简述蛋白质工程的研究内容和基本目的答：以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础，通过有控制的基因修饰和基因合成，对现有蛋白质加以定向改造、设计、构建，并最终生产出性能比自然界存在的蛋白质更加优良、更加符合人类社会需要的新型蛋白质。3、简述蛋白质工程的基本步骤。答：(1)分离纯化、结晶目的蛋白，作X晶体衍射、核磁共振等，得到尽可能多的Pr空间结构信息。(2)详细研究目的蛋白功能，确定功能域。(3)分析Pr一级结构、空间结构和功能间的相互关系，找出关键基团和结构。(4)依关键基团和结构，提出改造方案，用基因工程实施。(5)测定改造后Pr的功能，确定改造效果。重复步骤(4)、(5) ，直至获得理想结果。4、蛋白质工程研究中主要采用的基因突变方法有哪些技术？答：(1) M13-DNA寡聚核苷酸介导诱变技术；(2) 寡聚核苷酸介导的PCR诱变技术；(3) 随机诱变技术；(4) 盒式突变技术；(5) 基因全合成。以上方法中，(1)(4) 一般适用于含有单一或者少数几个突变位点的基因定向改变。而(5)则适用于大面积的定位突变。5、简述蛋白质的定向改造的原理。答：在待进化蛋白质基因的PCR扩增反应中，利用Taq DNA多聚酶不具有35校对功能的性质，配合适当条件，以很低的比率向目的基因中随机引入突变，构建突变库，凭借定向选择的方法，选出所需性质的优化蛋白质，从而排除其他突变体。6、按改造的规模和程度，蛋白质改造方法可分为哪三类，并解释内容。答：按改造的规模和程度分：初级改造个别氨基酸的改变和一整段氨基酸序列的删除、置换或插入；高级改造蛋白质分子的剪裁，如结构域的拼接；从头设计合成新型蛋白质。7、什么是结构域？什么是结构域拼接？答：在蛋白质的二级结构与三级结构之间还有一个结构层次，就是结构域。它是蛋白质分子的一种基本结构单位，由螺旋、折叠等二级结构构成的三维空间结构。结构域拼接是通过基因操作把位于两种不同蛋白质上的几个结构域拼接在一起，形成融合蛋白，兼具有原来两种蛋白的性质。8、 寡核苷酸介导的PCR诱变技术的基本原理答：将目的基因克隆到质粒载体上，质粒分置于两管中，每管各加入两个特定的PCR引物，一个引物与基因内部或其附近的一段序列完全互补，另一引物和另一段序列互补，有一个核苷酸发生了突变；两管中，不完全配对的引物与两条相反的链结合，即两个突变引物是互补的。由于两个反应中引物的位置不同，所以PCR扩增后，产物有不同的末端。将两管PCR产物混合，变性、复性，则每条链会与另一管中的互补链退火，形成有两个切口的环状DNA，转入大肠杆菌后，这两个切口均可被修复。若同一管子中的两条DNA链结合，会形成线性DNA分子，它不能在大肠杆菌中稳定存在，只有环状DNA才能在大肠杆菌中稳定存在，而绝大多数的环状分子都含有突变基因。9、举例说明如何利用蛋白质工程来提高蛋白质的稳定性？答：延长酶的半衰期；提高酶的热稳定性（引入二硫键。采用定位突变技术是溶菌酶肽链第三位上的异亮氨酸Ile-3转变为半胱氨酸Cys-3，构建了一对二硫键，熔点温度提高转化氨基酸残基。酿酒酵母的磷酸丙糖异构酶通过寡核苷酸介导的定向诱变技术，把任意一个Asn（天门冬酰胺）突变为Thr（苏氨酸）或Ile（异亮氨酸）增强该酶的热稳定性。）；延长药用蛋白质的保质期；抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失。10、列举蛋白质工程在食品工业中的应用实例。答：消除酶的被抑制特性。1985年，美国科学家借助寡核苷酸介导的定位诱变技术，用19种其他氨基酸分别替换枯草芽孢杆菌蛋白酶分子第222位残基上容易受到氧化的Met（蛋氨酸），获得了一系列活性差异很大的突变酶，其中，将Met置换为Ala（丙氨酸）后获得的突变酶具有很好的抗氧化能力，可作为添加剂或洗涤剂。转化氨基酸残基，改善蛋白质热稳定性。酿酒酵母的磷酸丙糖异构酶通过寡核苷酸介导的定向诱变技术，把任意一个Asn（天门冬酰胺）突变为Thr（苏氨酸）或Ile（异亮氨酸）有助于增强该酶的热稳定性。提高酶的催化活性。对嗜热脂肪芽孢杆菌的Tyr-tRNA合成酶进行定位突变，改变了其与底物结合的特异性，提高了催化效率。第五章 酶工程1、什么是酶工程？答：酶工程：利用酶催化作用进行物质转化的技术，是酶学理论、基因工程、蛋白质工程、发酵工程相结合而形成的一门新技术。2、 为什么酶制剂的生产主要以微生物为材料？答：微生物种类多，酶种丰富，且菌株易诱变，菌种多样；微生物生长繁殖快，酶易提取，特别是胞外酶；来源广泛，价格便宜；微生物易得，生长周期短；可以利用微电脑技术控制酶的发酵生产，可进行连续化，自动化，经济效益高；可以利用以基因工程为主的分子生物学技术，选育和改造菌种，增加产酶率和开发新酶种。3. 打破酶合成调节机制限制的方法答：一般有3种：控制条件，包括添加诱导物和降低阻遏物浓度；遗传控制，包括基因突变和基因重组；也有其他如添加表面活性剂、产酶促进等一些方法。4、什么是酶的化学修饰，为什么要进行酶的化学修饰？答：酶的化学修饰：指通过酶分子的改造以达到结构改性之目的，又称为生物分子工程。原因：利用化学手段将某些化学物质或基团结合到酶分子上，或将酶分子的某部分删除或置换，以改变酶的性质，创造出一些天然酶所不具有的优良性能，提高其生物活性，增强在不良环境下的稳定性。5、 酶化学修饰的主要类型答：(一)酶的表面修饰：，酶的小分子修饰：利用一些适宜的小分子修饰来修饰酶分子侧链上特定的功能基团可使没稳定性提高；酶的大分子修饰，根据修饰分子的大小和对酶分子的作用方式可分为大分子的非共价修饰和大分子的共价修饰两类；分子内交联，增加酶分子表面交联键的数目是稳定酶的方法之一；分子间交联，用双功能或多功能试剂使不同的酶关联起来产生杂化酶；反相胶团微囊化：把表面活性剂溶解在非极性的有机溶剂中就可自发形成球形反相胶团，该方法能使酶在有机相中稳定催化。（二）酶的内部修饰：非催化活性基团的修饰，通过修饰酶的非催化残基，可改变酶的动力学性质，改变酶对特殊稀薄物的束缚能力；酶蛋白主链修饰，天然酶并非都处于最佳的催化构象状态，将酶分子的某部分删除有可能增强酶活力，至今，酶蛋白主链的修饰主要靠酶法；催化活性基团的修饰，利用化学手段将酶分子的某部分删除置换，也有可能改变酶的催化性质。6、什么是固定化酶，固定化酶的优缺点答：固定化酶：利用物理的或化学的方法使酶与水不溶性大分子载体结合或把酶包埋在其中，使得酶在水中溶性凝胶或半透膜的微囊体从而导致流动性降低。优点：极易将底物、产物分开；在大多数情况下，可以提高酶的稳定性；没反应过程可以严格控制；产物中没有没有没得残留，简化了工业设备；更适于多酶反应；增加产物得率，提高产物质量；酶使用效率高，成本降低；可以在较长时间内进行反复分批反应和装柱连续反应；缺点：固定化时，酶的活力有损失；增加了固定化的成本，工厂前期投资大；只能用于水溶性底物，而且较适于小分子底物，对大分子底物不适宜；与完整菌体比，不适于多酶反应，特别是需要辅因子的反应；胞内酶必须经过酶的分离手续。7、 酶的固定化方法及原理答：一、吸附法：物理吸附法：通过氢键和电子等物理作用，将酶固定在水不溶载体上。离子吸附法：将酶同含有离子交换基的水不溶载体相结合；二、包埋法：将聚合物单体和酶溶液混合，再借助于聚合促进剂的作用进行聚合，使酶包埋于聚合物中已达到固定化。（分为聚丙烯酰胺凝胶包埋法、辐射包埋法、卡拉胶包埋法、大豆蛋白质包埋法、微胶囊法）；三、共价键结合法：将酶与聚合物载体以共价键结合；四、交联法：利用双/多功能试剂在酶分子间或酶与载体间，或酶与惰性蛋白质间进行交联反应以制定固定化酶。8、 什么是酶反应器，列举酶反应器类型答：酶反应器是利用游离酶或固定化酶将底物转化成产物的装置。类型：一、游离酶反应器；二、固定化酶反应器：间歇式搅拌罐，又叫间歇式酶反应器；连续式搅拌罐，又称为连续搅拌釜式反应器；固定床反应器；流化床反应器；膜型反应器；第二代酶反应器。9、 举例说明酶工程在食品工业中的应用。答：一改进啤酒工艺，提高啤酒质量：固定化生物催化剂酿造啤酒新工艺，固定化酶用于啤酒澄清，添加蛋白酶和葡萄糖氧化酶，提高啤酒稳定性，-葡萄糖酶提高啤酒的持泡性，降低啤酒中双乙酰含量，改进工艺，生产干啤酒；二 改进果酒、果汁饮料的生产工艺：果汁提取，果汁澄清，果酒澄清、过滤；三 食品保鲜：利用葡萄糖氧化酶保鲜，蛋类制品的脱糖保险，利用溶菌酶保鲜；四 酶用于乳品加工：干酪生产，分解乳糖，黄油增香，因而奶粉；五 酶用于肉类和与鱼类加工：改善组织、嫩化肉类，转化废弃蛋白，脱腥，脱色；六 酶用于焙烤食品。第六章 发酵工程1、发酵工程的定义答：指利用生物细胞（或酶）的某种特性，通过现代化工程技术手段进行工业规模化生产的技术。2、 发酵产品的4种类型?举例说明答：生物细胞的培养与发酵产品，如食用菌、乳酸菌、活菌疫苗、生物杀虫剂；生物酶的发酵生产，如淀粉酶、果胶酶等；生物细胞代谢产物的发酵产品，如氨基酸、核苷酸等；生物转化发酵，如类固醇、前列腺素的生产等。3、 发酵培养基加热灭菌的实际应用类型，及两种方法的优缺点答：发酵培养基的分批式灭菌法实消，特点：发酵培养基在发酵罐中灭菌，无需专一灭菌设备，操作简单，对蒸汽的要求较低。但是灭菌时间长培养基的营养成分由于过热而遭到怕破坏，设备利用率低，大型发酵罐很难做到高温短时灭菌的要求；发酵培养基的连续式灭菌法连消，特点：需专门的灭菌设备如连消塔等，可采用高温短时灭菌，培养基营养成分破坏少，发酵罐利用率高，蒸汽负荷均衡，蒸汽压力一般要求高于五个标准大气压，易采用自动控制，减小劳动强度提高发酵生产率。但灭菌设备较复杂，投资大，而且所有设备须事先进行空罐灭菌，如发酵罐、加热器、维持罐、冷却器等。4、 发酵菌种扩大培养的一般工艺流程？答：实验室阶段菌种的扩大培养：原种活化试管固体或液体培养三角瓶液体振荡培养（或茄子瓶斜面培养）（或三角瓶固体浅层培养）一级种子生产车间菌种的扩大培养：种子罐培养二级种子扩大的种子罐培养三级种子发酵罐。5、 什么是发酵动力学？答：发酵工程的一个重要组成成分，它以化学热力学和化学动力学为基础，研究发酵过程中细胞的生长、质基的消耗和产品生成的动态平衡及内在规律。6、 描述发酵过程的3种反应比速？分别