2025年大学《分子科学与工程》专业题库- 生物大分子的仿生合成

2025年大学《分子科学与工程》专业题库——生物大分子的仿生合成考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题1.仿生合成的主要优势在于能够利用生物系统实现化学合成，以下哪项不属于其与传统化学合成方法相比的显著优势？A.反应条件通常更温和B.可以实现高度选择性C.设备要求通常更低D.更容易实现复杂结构的大分子合成2.利用固定在载体上的特异性识别分子（如抗体或酶）来富集或合成目标分子，这种方法最符合哪种仿生合成策略？A.细胞仿生B.酶催化仿生C.分子印迹仿生D.生物矿化仿生3.在蛋白质的仿生合成中，利用固定化酶或细胞作为催化剂，其主要目的是？A.提高反应温度B.增加反应底物浓度C.实现反应的区域化和特异性控制D.降低产物纯化难度4.下列哪种技术或方法与利用生物矿化过程来合成无机-有机复合材料无关？A.模板法B.沉淀反应法C.固定化酶催化D.溶胶-凝胶法(特定条件下可受生物矿化启发)5.仿生合成核酸（如核酸适配体或功能核酸分子）时，常利用哪些生物化学过程作为模板或催化手段？A.蛋白质折叠B.核酸杂交与聚合C.多糖合成D.脂质自组装6.将细胞作为“工厂”来生产特定的生物分子，属于哪种仿生合成策略？A.酶催化仿生B.细胞仿生C.生物矿化仿生D.分子印迹仿生7.仿生合成方法在药物开发领域的主要应用之一是制备具有特定识别功能的分子，例如？A.人工甜味剂B.抗体药物偶联物(ADC)C.常用解热镇痛药D.某些维生素8.限制仿生合成方法广泛应用的一个重要因素是？A.生物模板的获取难度B.产物纯化成本过高C.反应条件通常要求过于苛刻D.缺乏足够的理论研究支持9.在设计利用酶进行仿生合成的策略时，首要考虑的因素通常是？A.酶的成本B.酶的底物特异性和催化效率C.反应器的材质D.产物的市场价值10.下列哪项不是当前生物大分子仿生合成领域面临的主要挑战？A.扩大合成的分子多样性B.提高合成过程的原子经济性C.实现大规模工业化生产D.完全替代传统化学合成方法二、填空题1.利用生物系统（如酶、细胞）或生物启发的原理来合成具有特定功能的分子或材料，该过程被称为________合成。2.仿生合成核酸时，可以利用________反应来构建特定的核酸序列，或者利用核酸酶进行精确切割或连接。3.在多糖的仿生合成中，模拟天然糖基转移酶的活性是实现________键合成的重要途径。4.固定化酶或细胞是________仿生合成中常用的技术，可以实现反应的________和重复使用。5.模板法仿生合成是指利用具有特定结构的分子或组装体作为________，引导目标分子的合成和空间排列。6.仿生合成在材料科学领域的应用，例如模拟生物矿化过程合成具有特定形貌和性能的________材料或无机-有机复合材料。7.仿生合成策略在药物递送系统设计中的应用，可以利用________(如适配体)来实现对药物释放的________控制。8.仿生合成面临的一个挑战是如何在复杂的反应体系中实现对目标产物的________控制和分离纯化。9.将分子印迹技术应用于仿生合成，可以制备具有特定识别位点的人工分子识别器或催化剂。10.仿生合成的发展趋势之一是构建多尺度、多功能的________体系，以实现更复杂的功能模拟和材料合成。三、简答题1.简述酶催化仿生合成相比于传统化学合成在反应条件方面的主要优势。2.简述细胞仿生合成在生物大分子制造方面的潜在优势。3.解释什么是分子印迹仿生合成，并简述其基本原理。4.生物矿化过程对合成具有特定结构和功能的材料有何启发意义？四、论述题论述生物大分子仿生合成在解决当前材料或生物医学领域面临的某个具体挑战（例如：开发新型生物相容性材料、设计高效靶向药物递送系统、合成新型生物催化剂等）中的潜力、关键科学问题以及可能的未来发展方向。试卷答案一、选择题1.C解析：仿生合成利用生物系统合成，通常需要专门设备（如生物反应器、纯化设备），设备要求不一定比传统化学合成低。2.C解析：分子印迹技术通过固定特异性识别分子（抗体、酶等）来模拟生物识别过程，用于富集或合成目标分子。3.C解析：固定化酶或细胞使催化体系与反应环境分离，便于控制反应区域，避免副反应，提高选择性。4.C解析：固定化酶催化是利用酶进行仿生合成的策略，而其他选项均与利用生物矿化过程无关。5.B解析：核酸合成（聚合）和识别（杂交）是核酸生物学的基本过程，常被仿生应用于核酸分子工程。6.B解析：利用细胞整体作为生产单元合成目标分子，是细胞仿生合成策略的核心特征。7.B解析：抗体药物偶联物（ADC）利用抗体作为靶向载体，其开发常涉及仿生合成策略制备适配体或其他识别分子。8.C解析：仿生合成，特别是酶和细胞催化，常需温和条件，但这限制了其在工业大规模生产中的应用，效率和经济性是主要瓶颈。9.B解析：选择酶的首要条件是其能否特异性地催化目标反应，以及催化效率是否满足要求。10.D解析：仿生合成有其独特优势，难以完全替代传统化学合成，但完全替代并非其主要挑战，主要挑战在于效率、成本和多样性等。二、填空题1.仿生2.聚合3.糖苷4.酶催化/细胞；区域化5.模板6.功能7.适配体；时空8.选择性9.分子印迹10.多功能三、简答题1.简述酶催化仿生合成相比于传统化学合成在反应条件方面的主要优势。解析思路：与传统化学合成使用高温、高压、强酸强碱等条件相比，酶作为生物催化剂通常在温和的生理条件下（如室温、中性pH、水相环境）就能高效催化反应，降低了能耗和对环境的压力，且选择性更高，副产物少。2.简述细胞仿生合成在生物大分子制造方面的潜在优势。解析思路：细胞作为一个高度集成和自动化的生物系统，可以同时进行物质合成、加工、转运和分泌等过程。利用细胞仿生合成，可以利用细胞内成熟的代谢途径和分子机器，实现复杂生物大分子的高效、经济和可持续生产，且易于实现产物的高纯度。3.解释什么是分子印迹仿生合成，并简述其基本原理。解析思路：分子印迹仿生合成是一种模拟生物识别（如抗体-抗原识别）原理制备具有特定识别位点（空腔）的材料的过程。其基本原理是利用模板分子和功能单体在交联剂存在下聚合形成聚合物网络，去除模板分子后，聚合物网络中保留了与模板分子大小、形状和相互作用特征相匹配的空腔，该空腔对模板分子或结构类似物具有特异性识别能力。4.生物矿化过程对合成具有特定结构和功能的材料有何启发意义？解析思路：生物矿化过程能在温和条件下，利用简单的化学前体合成出具有复杂形貌（如纳米线、片层、孔洞结构）和精细结构的无机材料（如骨骼、贝壳）。其启发意义在于：提供了合成具有特定微观结构的材料的天然蓝图；启发了设计新型模板剂和合成路线；促进了无机-有机复合材料的制备；为开发仿生功能材料（如自修复材料、传感材料）提供了思路。四、论述题论述生物大分子仿生合成在解决当前材料或生物医学领域面临的某个具体挑战（例如：开发新型生物相容性材料、设计高效靶向药物递送系统、合成新型生物催化剂等）中的潜力、关键科学问题以及可能的未来发展方向。解析思路：选择一个具体挑战，例如“开发新型生物相容性材料”。首先阐述生物相容性材料的需求（如医疗器械植入、组织工程支架）。接着论述仿生合成的潜力：可以利用细胞仿生合成具有天然生物材料（如胶原、壳聚糖）相似结构和降解行为的材料；可以利用酶催化仿生合成具有特定功能（如抗菌、促血管生成）的表面涂层或材料；可以利用分子印迹仿生合成对特定生物分子（如