第四章 发酵工程 一、填空 1.在生产过程中，不经过人工处理，利用菌种的自发突变， 从而选育出优良菌种的过程，叫做自然选育(natural selection)。 2.发酵工程从工程学的角度把实现发酵工艺的发酵工业过 程分菌种、发酵和提炼（包括废水处理）等三个阶段，这三 个阶段都有各自的工程学问题，一般分别把它们称为发酵工程的上 游、中游和 下游技术。 3.根据人们对微生物发酵的认识的不断深入的过程，可以将微 生物发酵分为以下3个发展过程：萌芽阶段（自然发酵）、近代生物 学阶段和现代生物学阶段。 二、名词解释 l.发酵工程(fermentation engineering) 发酵工程(fermentation engineering)则是指通过现代 工程技术手段，利用微生物的某些特定的功能，通过大规模生产获得 人类所需要的有益产品，或者直接将微生物应用于工业化生产过程， 获得某种特定产物的工程技术。发酵工程内容包括菌种的选育、培养 基的配制、灭菌、种子的扩大培养、发酵过程及控制和产物的提取纯 化等方面。 2.杂交育种(hybridization breeding) 杂交育种(hybridization breeding)是指不同基因型的品系或种 属间，通过交配或体细胞融合等手段形成杂合体，或者是通过转化和
第四章 发酵工程 一、填空 1. 在生产过程中，不经过人工处理，利用菌种的自发突变， 从而选育出优良菌种的过程，叫做 自然选育（natural selection）。 2. 发酵工程从工程学的角度把实现发酵工艺的发酵工业过 程分 菌种、发酵 和 提炼（包括废水处理） 等三个阶段，这三 个阶段都有各自的工程学问题，一般分别把它们称为发酵工程的上 游、 中游 和 下游 技术。 3. 根据人们对微生物发酵的认识的不断深入的过程，可以将微 生物发酵分为以下 3 个发展过程：萌芽阶段（自然发酵）、近代生物 学阶段和 现代生物学阶段。 二、名词解释 1. 发酵工程（fermentation engineering） 发酵工程（fermentation engineering）则是指通过现代 工程技术手段，利用微生物的某些特定的功能，通过大规模生产获得 人类所需要的有益产品，或者直接将微生物应用于工业化生产过程， 获得某种特定产物的工程技术。发酵工程内容包括菌种的选育、培养 基的配制、灭菌、种子的扩大培养、发酵过程及控制和产物的提取纯 化等方面。 2. 杂交育种（hybridization breeding） 杂交育种（hybridization breeding）是指不同基因型的品系或种 属间，通过交配或体细胞融合等手段形成杂合体，或者是通过转化和
转导形成重组体，再从这些杂合体或重组体或是它们的后代中筛选优 良菌种的一种育种方式。该方法显著特色在于将诸多不同菌株的优良 性状集中于重组体中，克服长期使用诱变剂所出现的“疲劳效应”。 3. 发酵 工程 的上 游技 术 (upstream processing of fermentation engineering) 发 酵工 程 的 上 游 技 术 (upstream processing of fermentation engineering),就是采用一种或 多种技术手段选育优良菌种，确定优良菌种的营养条件和发酵条件 (温度、气体、pH)的技术。其中上游技术包括优良菌株的选育， 最适发酵条件(pH、温度、溶氧和营养组成)的确定，营养物的准 备等。它由许多单元操作组成，一般而言可分为优良菌种的选育、最 适发酵条件的确定和营养物质的准备等三个方面。 三、简答 1.基因工程育种的概念及主要内容。 答：基因工程育种(genetic engineering breeding)是指利用基 因工程方法对生产菌株进行改造而获得高产工程菌，或者是通过微生 物间的转基因而获得新菌种的育种方法。基因工程育种方法主要包括 以下内容：①目的基因的分离；②寻找或构建克隆载体；③重组载体 导入受体细胞，或者进一步整合到寄主染色体的基因组上形成工程菌： ④工程菌将外源目的基因持续地传给后代。 2.简述发酵工程下游技术及过程
转导形成重组体，再从这些杂合体或重组体或是它们的后代中筛选优 良菌种的一种育种方式。该方法显著特色在于将诸多不同菌株的优良 性状集中于重组体中，克服长期使用诱变剂所出现的“疲劳效应”。 3. 发 酵 工 程 的 上 游 技 术 （upstream processing of fermentation engineering） 发 酵 工 程 的 上 游 技 术 （upstream processing of fermentation engineering），就是采用一种或 多种技术手段选育优良菌种，确定优良菌种的营养条件和发酵条件 （温度、气体、pH）的技术。其中上游技术包括优良菌株的选育， 最适发酵条件（pH、温度、溶氧和营养组成）的确定，营养物的准 备等。它由许多单元操作组成，一般而言可分为优良菌种的选育、最 适发酵条件的确定和营养物质的准备等三个方面。 三、简答 1. 基因工程育种的概念及主要内容。 答：基因工程育种（genetic engineering breeding）是指利用基 因工程方法对生产菌株进行改造而获得高产工程菌，或者是通过微生 物间的转基因而获得新菌种的育种方法。基因工程育种方法主要包括 以下内容：①目的基因的分离；②寻找或构建克隆载体；③重组载体 导入受体细胞，或者进一步整合到寄主染色体的基因组上形成工程菌； ④工程菌将外源目的基因持续地传给后代。 2. 简述发酵工程下游技术及过程
答：从发酵液或者培养液中分离、精制发酵代谢产物或次生代谢 产物或者菌体的技术被称为下游技术 (downstream processing of fermentation engineering), 它是由许多单元操作组成，根据最终目的的不同，发酵产品的下游技 术中各个单元操作的组合也有所差异。一般而言，发酵工程下游加工 过程分为发酵液（培养液）的预处理和固液分离、初步纯化、精制和 成品加工等四个阶段。 第五章 酶工程与蛋白质工程 一、填空题 1.酶和一般的化学催化剂相比，酶作为生物反应的催化剂还具 有下述重要的反应特性，(1)高效性，(2)专一性，(3)反应条件 温和，(4)具有调节能力，（⑤）不稳定性。 2.酶的生产主要有三种方式，一是直接从动植物细胞中提取， 二是化学方法合成酶，三是利用微生物发酵生产酶。 3.酶分离纯化的整个过程一般包括材料的预处理、细胞的破 碎（有时还需进行细胞器的分离）、酶的抽提和分离纯化等步骤。 二、名词解释 1. 酶工程(enzyme engineering) 酶工程(enzyme engineering)是利用酶的催化特点，在工业 上设计一定的反应器和反应条件，有目的地生产人类需要的产品或服 务于其他领域的一门技术性学科。它是酶学和工程学相互渗透发展而 成的，是从应用目的出发研究酶、应用酶的特异性催化功能并通过工
答：从发酵液或者培养液中分离、精制发酵代谢产物或次生代谢 产物或者菌体的技术被称为下游技术 （downstream processing of fermentation engineering）， 它是由许多单元操作组成，根据最终目的的不同，发酵产品的下游技 术中各个单元操作的组合也有所差异。一般而言，发酵工程下游加工 过程分为发酵液（培养液）的预处理和固液分离、初步纯化、精制和 成品加工等四个阶段。 第五章 酶工程与蛋白质工程 一、填空题 1. 酶和一般的化学催化剂相比，酶作为生物反应的催化剂还具 有下述重要的反应特性，⑴ 高效性 ，⑵ 专一性，⑶ 反应条件 温和 ，⑷ 具有调节能力，⑸ 不稳定性。 2. 酶的生产主要有三种方式，一是 直接从动植物细胞中提取， 二是 化学方法合成酶，三是 利用微生物发酵生产酶。 3. 酶分离纯化的整个过程一般包括材料的 预处理、细胞的破 碎(有时还需进行细胞器的分离)、酶的抽提和分离纯化等步骤。 二、名词解释 1. 酶工程（enzyme engineering） 酶工程（enzyme engineering）是利用酶的催化特点，在工业 上设计一定的反应器和反应条件，有目的地生产人类需要的产品或服 务于其他领域的一门技术性学科。它是酶学和工程学相互渗透发展而 成的，是从应用目的出发研究酶、应用酶的特异性催化功能并通过工
程化将相应原料转化成有用物质的技术：随着酶生物合成、结构与催 化分子机理的深入了解和物理化学技术的长足进展，分子酶学与酶工 程学迅猛崛起，使酶工程已成为现代生物技术的重要基础和组成部分： 事实上人类认识酶，改造构建新酶和广泛利用酶已步入划时代飞跃阶 段，科学技术的发展已不存在纯粹的酶工程学概念，酶工程在研究内 容、手段和目的上与基因工程、蛋白质工程、细胞工程、发酵工程等 诸多学科是相互交融的整体生物工程部分。 2.酶活力(enzyme activity) 酶活力(enzyme activity)也称酶活性，是指酶催化一定化学 反应的能力，酶活力大小可以用在一定条件下，它所催化某一反应的 反应初速度来表示。酶反应速度（指初速度）可用单位时间内单位体 积中底物的减少量或产物的增加量来表示，其单位为o/s。所以酶 活力测定就是测定酶促反应的初速度。 三、简答题 1.简述固定化酶的概念及优缺点。 答：所谓固定化酶(immobilized enzyme),是指限制或固定 在特定空间位置的酶。具体来说，是指通过物理的或化学的手段，使 酶束缚于水不溶的载体上，或束缚在一定的空间内，使酶变成运动受 到限，但能充分发挥催化作用的酶制剂。而制备固定化酶的过程称为 酶的固定化。 固定化酶的研究已取得大量重要成果，发挥着巨大作用，受到人 们极大的关注。其重要原因是它和水活性酶比较，具有以下优点：一
程化将相应原料转化成有用物质的技术；随着酶生物合成、结构与催 化分子机理的深入了解和物理化学技术的长足进展，分子酶学与酶工 程学迅猛崛起，使酶工程已成为现代生物技术的重要基础和组成部分； 事实上人类认识酶，改造构建新酶和广泛利用酶已步入划时代飞跃阶 段，科学技术的发展已不存在纯粹的酶工程学概念，酶工程在研究内 容、手段和目的上与基因工程、蛋白质工程、细胞工程、发酵工程等 诸多学科是相互交融的整体生物工程部分。 2. 酶活力（enzyme activity） 酶活力（enzyme activity）也称酶活性，是指酶催化一定化学 反应的能力，酶活力大小可以用在一定条件下，它所催化某一反应的 反应初速度来表示。酶反应速度（指初速度）可用单位时间内单位体 积中底物的减少量或产物的增加量来表示，其单位为 mol/s。所以酶 活力测定就是测定酶促反应的初速度。 三、简答题 1. 简述固定化酶的概念及优缺点。 答：所谓固定化酶（immobilized enzyme），是指限制或固定 在特定空间位置的酶。具体来说，是指通过物理的或化学的手段，使 酶束缚于水不溶的载体上，或束缚在一定的空间内，使酶变成运动受 到限，但能充分发挥催化作用的酶制剂。而制备固定化酶的过程称为 酶的固定化。 固定化酶的研究已取得大量重要成果，发挥着巨大作用，受到人 们极大的关注。其重要原因是它和水活性酶比较，具有以下优点：一
是极易将固定化酶与底物、产物分开，产物溶液中没有酶的残留，简 化了提纯工艺；二是可以在较长时间内反复使用，有利于工艺的连续 化、管道化；三是酶反应过程可以严格控制，有利于工艺自动化和微 电脑化：四是在绝大多数情况下提高了酶的稳定性：五是较能适应于 多酶反应：六是酶的使用效率提高，产物得率提高，产品质量有保障， 成本底。 尽管固定化酶具有诸多优点，但也存在一些缺点：一是酶的固定 化时活力有所损失，同时也增加了固定化的成本，使工厂开始投资大： 二是比较适应水溶性底物和小分子底物：三是与完整细胞比较，不适 于多酶反应，特别是需要辅因子的反应，同时对胞内酶需经分离后， 才能固定化。 2.简单介绍蛋白质的分子结构。 蛋白质分子的结构有4个严格的层次，即蛋白质的一级至四级结 构： 蛋白质的一级结构(primary structure)是指多肽链的氨基酸残基 的排列顺序。 蛋白质二级结构(secondary structure)是指多肽链主链骨架本 身（不包括R基团）在空间上有规律的折叠和盘绕，它是氨基酸残 基非侧链基团之间的氢键决定的。主要有α-螺旋、B折叠、B转角 及无规则卷曲等几种形式。 三级结构(tertiary structure)是指整条多肽链的三维结构，包括 骨架和侧链在内的所有原子的空间排列
是极易将固定化酶与底物、产物分开，产物溶液中没有酶的残留，简 化了提纯工艺；二是可以在较长时间内反复使用，有利于工艺的连续 化、管道化；三是酶反应过程可以严格控制，有利于工艺自动化和微 电脑化；四是在绝大多数情况下提高了酶的稳定性；五是较能适应于 多酶反应；六是酶的使用效率提高，产物得率提高，产品质量有保障， 成本底。 尽管固定化酶具有诸多优点，但也存在一些缺点：一是酶的固定 化时活力有所损失，同时也增加了固定化的成本，使工厂开始投资大； 二是比较适应水溶性底物和小分子底物；三是与完整细胞比较，不适 于多酶反应，特别是需要辅因子的反应，同时对胞内酶需经分离后， 才能固定化。 2. 简单介绍蛋白质的分子结构。 蛋白质分子的结构有 4 个严格的层次，即蛋白质的一级至四级结 构： 蛋白质的一级结构（primary structure）是指多肽链的氨基酸残基 的排列顺序。 蛋白质二级结构（secondary structure）是指多肽链主链骨架本 身（不包括 R 基团）在空间上有规律的折叠和盘绕，它是氨基酸残 基非侧链基团之间的氢键决定的。主要有α-螺旋、β-折叠、β-转角 及无规则卷曲等几种形式。 三级结构（tertiary structure）是指整条多肽链的三维结构，包括 骨架和侧链在内的所有原子的空间排列
四级结构(quaternary structure)是指在亚基和亚基之间通过疏水 作用等次级键结合成为有序排列的特定的空间结构。亚基通常由一条 多肽链组成，有时含两条以上的多肽链，单独存在时一般没有生物活 性。 3.简述蛋白质工程的概念和蛋白质工程研究的内容。 答：蛋白质工程(protein engineering)是以蛋白质的结构 为基础，通过蛋白质一级结构、晶体结构和溶液构象的研究，积累成 千上万蛋白质一级结构和高级结构的数据资料，然后按照蛋白质形成 的规律，经周密的分子设计，改造蛋白质或构建新的蛋白质。 蛋白质工程研究内容主要有两个方面：一是根据需要合成具有特 定氨基酸序列和空间结构的蛋白质；二是确定蛋白质化学组成、空间 结构与生物功能之间的关系。在此基础之上，实现从氨基酸序列预测 蛋白质的空间结构和生物功能，设计合成具有特定生物功能的全新的 蛋白质，这也是蛋白质工程最根本的目标之一
四级结构（quaternary structure）是指在亚基和亚基之间通过疏水 作用等次级键结合成为有序排列的特定的空间结构。亚基通常由一条 多肽链组成，有时含两条以上的多肽链，单独存在时一般没有生物活 性。 3. 简述蛋白质工程的概念和蛋白质工程研究的内容。 答：蛋白质工程（protein engineering）是以蛋白质的结构 为基础，通过蛋白质一级结构、晶体结构和溶液构象的研究，积累成 千上万蛋白质一级结构和高级结构的数据资料，然后按照蛋白质形成 的规律，经周密的分子设计，改造蛋白质或构建新的蛋白质。 蛋白质工程研究内容主要有两个方面：一是根据需要合成具有特 定氨基酸序列和空间结构的蛋白质；二是确定蛋白质化学组成、空间 结构与生物功能之间的关系。在此基础之上，实现从氨基酸序列预测 蛋白质的空间结构和生物功能，设计合成具有特定生物功能的全新的 蛋白质，这也是蛋白质工程最根本的目标之一