生化工程習(xí)題(共3頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上本征反應(yīng)動力學(xué)：不考慮傳遞等工程因素時，生物反應(yīng)固有的速率。該速率除與反應(yīng)本身特性有關(guān)，只與各反應(yīng)組分的濃度、溫度、催化劑及溶劑的性質(zhì)有關(guān)，而與傳遞因素?zé)o關(guān)。反應(yīng)器（宏觀）反應(yīng)動力學(xué)：考慮傳遞因素的反應(yīng)動力學(xué)。非結(jié)構(gòu)細(xì)胞反應(yīng)動力學(xué)：將細(xì)胞看作是具有單一組分、均一的細(xì)胞反應(yīng)體系的動力學(xué)。別構(gòu)酶：變構(gòu)酶，調(diào)節(jié)酶，它是一種寡聚酶( 由多個亞基組成) ，具有別構(gòu)部位和活性部位。DC:臨界稀釋率，Si 為 CSTR 反應(yīng)器中入口處的限制性底物濃度。當(dāng)稀釋率達(dá)到 DC 時，出口處細(xì)胞濃度為 0，反應(yīng)器處于“洗出”操作狀態(tài)。返混：不同停留時間的微元流體之間的混合。CSTS返混程度最

2、大，CPFR 返混程度最小。固定化酶：是一種在空間運動上受到完全約束或局部約束的酶。呼吸商 RQ：RQCER/OUR；細(xì)胞每消耗 1mol O 2 所產(chǎn)生的 CO 2 的量。Thiele 模數(shù)：表面濃度下的反應(yīng)速率/內(nèi)擴散速率。表示了以固定化酶外表面的濃度為基準(zhǔn)的反應(yīng)速率與內(nèi)擴散傳質(zhì)速率的相對大小?？梢酝ㄟ^值大小來判斷內(nèi)擴散阻力對催化反應(yīng)的影響程度。限制性底物：某種底物濃度的增加會影響生長速率,而其它營養(yǎng)組分濃度的變化對生長速率沒有影響作用， 這種底物稱限制性底物。效應(yīng)物：凡能使酶分子發(fā)生別構(gòu)作用的物質(zhì)叫效應(yīng)物，通常為小分子代謝物或輔因子。如因別構(gòu)導(dǎo)致酶活性降低的物質(zhì)稱為負(fù)效應(yīng)物。失活：由于酶

3、蛋白分子變性而引起的酶活力喪失的現(xiàn)象稱為失活。抑制：由于酶的必需基團(tuán)化學(xué)性質(zhì)的改變，但酶未變性，而引起酶活力的降低或喪失?？赡嬉种疲阂种苿┡c酶以非共價鍵結(jié)合而引起酶活力降低或喪失，能用物理方法除去抑制劑而使酶復(fù)性，這種抑制作用是可逆的，稱為可逆抑制不可逆抑制：抑制劑與酶的必需基團(tuán)或活性部位以共價鍵結(jié)合而引起酶活力喪失，不能用透析、超濾或凝膠過濾等物理方法去除抑制劑而使酶活力恢復(fù)的作用。酶的非競爭性抑制:抑制劑既能與酶結(jié)合又能與ES復(fù)合物結(jié)合導(dǎo)致酶反應(yīng)速率下降。酶的反競爭抑制：抑制劑不能直接與游離酶相結(jié)合，而只能與復(fù)合物ES相結(jié)合生成ESI復(fù)合物，引起酶活性下降。競爭性抑制：抑制劑在酶的活性部位

4、結(jié)合，阻礙酶與底物的結(jié)合使反應(yīng)速率下降1.生物反應(yīng)器的放大方法（KLa；單位體積的輸入功率；混合時間；攪拌器末端速度）恒定2. 減少固定化酶傳質(zhì)阻力？采用大孔介質(zhì)；增加底物濃度；增加擾動；減少顆粒尺寸3. 影響k L a 的因素 物系的性質(zhì)：粘度，擴散系數(shù)，表面張力。操作條件：溫度，壓力，通氣量，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)。反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)：反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式，攪拌器結(jié)構(gòu)，攪拌方式。4.提高機械攪拌罐的傳氧速率（OTR）？ （1） 由 OTRk L a(C L * -C L )可知，（2） 氧在培養(yǎng)基中的溶解度：降低溫度，增加操作罐壓，增加空氣中氧氣的濃度（通往富氧空氣或純氧）等。（3） 氧的體積傳質(zhì)系數(shù) k L a

5、：增加攪拌減少氣泡大小，增加通氣，改變攪拌漿的結(jié)構(gòu)參數(shù)和層數(shù)以提高攪拌性能，改變反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)型式以提高氧的體積傳質(zhì)系數(shù)。5.簡述影響酶催化反應(yīng)速率的因素？ 濃度因素：酶濃度，底物濃度，產(chǎn)物濃度。外部因素：溫度，壓強，pH，表面張力，離子強度。內(nèi)部因素：底物，效應(yīng)物，酶結(jié)構(gòu)。6.三種抑制特點 反競爭性抑制劑只與酶-底物復(fù)合物結(jié)合，而不與游離酶結(jié)合的一種酶促反應(yīng)抑制作用。這種抑制作用使得Vmax ，Km 都變小，但Vmax/Km不變。競爭性抑制:a. 競爭性抑制劑往往是酶的底物類似物或反應(yīng)產(chǎn)物；b. 抑制劑與酶的結(jié)合部位與底物與酶的結(jié)合部位相同；c. 抑制劑濃度越大，則抑制作用越大；但增加底物濃度

6、可使抑制程度減??；d. 動力學(xué)參數(shù)：Km 值增大，Vm值不變。非競爭性抑制：a. 抑制劑與底物可同時與酶的不同部位結(jié)合；b. 必須有底物存在，抑制劑才能對酶產(chǎn)生抑制作用；c. 動力學(xué)參數(shù) Km 值不變，Vm 值變小。7.次級代謝產(chǎn)物，非偶聯(lián)模型，如何提高該產(chǎn)物生產(chǎn)強度？ 縮短菌體生長時間：采用對數(shù)期的強壯種子，加大接種量以減少延滯期的時間；調(diào)整合適的細(xì)胞培養(yǎng)條件加快菌體生長。增加細(xì)胞培養(yǎng)的密度： 采用流加培養(yǎng)的策略提高細(xì)胞密度， 增加合成產(chǎn)物的細(xì)胞量。采用兩段發(fā)酵技術(shù)： 對菌體生長期的培養(yǎng)條件和產(chǎn)物合成條件可以采取不同的發(fā)酵策略。8.產(chǎn)物的三種類型 偶聯(lián)型：產(chǎn)物的生成與細(xì)胞的生長相關(guān)的過程，產(chǎn)

7、物是細(xì)胞能量代謝的結(jié)果。此時產(chǎn)物通常是基質(zhì)的分解代謝產(chǎn)物，代謝產(chǎn)物的生成與細(xì)胞的生長是同步。如乙醇、葡萄糖酸、乳酸等。非偶聯(lián)模型：產(chǎn)物的生成與細(xì)胞的生長無直接聯(lián)系。它是二級代謝產(chǎn)物。特點是當(dāng)細(xì)胞處于生長階段時，并無產(chǎn)物的積累，而當(dāng)細(xì)胞生長停止后，產(chǎn)物卻大量合成。如抗生素、微生物毒素等。部分偶聯(lián)型：產(chǎn)物的生成與基質(zhì)消耗僅有間接的關(guān)系。產(chǎn)物是能量代謝的間接結(jié)果。在細(xì)胞生長期內(nèi)，基本無產(chǎn)物生成，其動力學(xué)可表示為：q P =+。如檸檬酸、氨基酸的生產(chǎn)。9.BSTR分批操作的攪拌槽式反應(yīng)器 CSTR連續(xù)操作的攪拌槽式反應(yīng)器 CPFR管式操作方式分批式操作補料分批式連續(xù)式反應(yīng)中是否進(jìn)料否是是反應(yīng)中是否出料

8、否否是過程中反應(yīng)體積不變增大不變是否容易染菌否否是能否控制底物濃度不能能能是否發(fā)生細(xì)胞流失不會不會會合適的產(chǎn)物分離工藝分批式分批式連續(xù)式生產(chǎn)周期短中等可長（不考慮染菌）在生產(chǎn)過程中微生物群體發(fā)生顯著變異可能性低低高理論生產(chǎn)效率低中等高過程控制要求低中等高工業(yè)應(yīng)用多多極少10.動態(tài)法測k L a（體積傳氧系數(shù)）發(fā)酵裝置中配備溶氧電極，可測定發(fā)酵液中的溶解氧濃度，當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時，在某一時間t突然中斷通氣，則導(dǎo)致反應(yīng)液中溶氧濃度隨時間直線下降，在溶氧濃度降低到臨界溶氧濃度之前恢復(fù)通氣，以保證細(xì)胞反應(yīng)活性不受影響，此時溶氧量將隨時間增長而變大，至斷氣前水平。將col與（qo2cx+dCol/dt）作圖得

9、直線斜率-1/kla，截距col*11.設(shè)計一實驗測定酶反應(yīng)動力學(xué)M-M 方程的參數(shù)V max 和 和 K m選擇在不同底物濃度下測定其初始反應(yīng)速率，得到一系列的 S 0 -v 數(shù)據(jù)，對 M-M 方程進(jìn)行雙倒數(shù)變換，得到 1/v=(K m /V max )*(1/S) + 1/V max ，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)以 1/S 為橫坐標(biāo)，以 1/v 為縱坐標(biāo)，作圖，線性擬合，得到的截距為 1/V max ，斜率為(K m /V max )，由此可以計算出 V max 和 K m 。12.設(shè)計一實驗測定Monod方程的參數(shù)max和Ks在分批培養(yǎng)條件下測定：測定細(xì)胞生長和限制性底物消耗的時間曲線計算Yxs對細(xì)胞

10、生長反應(yīng)動力學(xué)方程進(jìn)行積分得到方程，S=S（t）及X=X(t)采用非線性擬合方法求得細(xì)胞反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)max和Ks13.簡述微生物反應(yīng)與酶促反應(yīng)的最主要區(qū)別？從反應(yīng)動力學(xué)的角度來看：（1）微生物反應(yīng)是自催化反應(yīng)，在反應(yīng)過程中催化劑本身在增殖，而酶促反應(yīng)在反應(yīng)過程中催化劑的量不變化； （2）酶催化的底物是專一性的，在 M-M 方程中的 S 是指反應(yīng)的專一性底物，而微生物反應(yīng)的底物有很多，Monod 方程中的 S 是指限制性底物； （3）微生物反應(yīng)本質(zhì)上是同由許許多多酶促反應(yīng)組成的，而酶反應(yīng)相對比較簡單。14.酶的固定化及其優(yōu)缺點載體結(jié)合法(1)共價給合法 優(yōu):酶與載體結(jié)合牢固，不會輕易脫落，可連

11、續(xù)使用。缺:反應(yīng)條件較激烈，易影響酶的空間構(gòu)象而影響酶的催化活性。（重氮化法、疊氮法）(2)離子結(jié)合法 優(yōu):條件溫和，操作簡便，酶活力損失少。缺:結(jié)合力弱，易解吸附（DEAE- 纖維素）(3)物理吸附法 優(yōu):成本低，可再生。缺:結(jié)合力弱，酶活力低（氧化鋁、硅藻土）交聯(lián)法 優(yōu):通?；钚晕稽c不受影響，固定化后近乎保留全部活力。缺:反應(yīng)條件激烈，酶分子的多個基團(tuán)被交聯(lián)，酶活力損失大。制備的固定化酶顆粒較小，給使用帶來不便。（戊二醛有兩個醛基，均可與酶或蛋白質(zhì)的游離氨基反應(yīng), , 使酶蛋白交聯(lián)）包埋法 優(yōu):不與酶蛋白氨基酸殘基反應(yīng)，很少改變酶的高級結(jié)構(gòu)，酶活回收率高。缺:只適合作用于小分子底物和產(chǎn)物的酶。（海藻酸鈉的包埋法制備固定化脂肪酶）固定化酶與游離酶：固定化酶 優(yōu)：可重復(fù)利用；產(chǎn)品純，減少污染；為酶活性提供了良好環(huán)境；可連續(xù)穩(wěn)定操作 缺：增加了擴散抑制，