整理生物催化复习题答案版.docx

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整理生物催化复习题答案版

《生物催化》复习题

一、基本概念、技能题

1、合成培养基

原料（包括微量元素）其化学成分明确、稳定的培养基。

适合于研究菌种基本代谢和过程的物质变化规律；培养基营养单一，价格较高，不适合用于大规模工业生产。

2、鉴别培养基

根据微生物能否利用培养基中某种营养成分，借助指示剂的显色反应，以鉴别不同种类的微生物。

3、斜面培养基作用

这是供微生物细胞生长繁殖用的，包括细菌，酵母等的斜面培养基以及霉菌、放线菌生孢子培养基或麸曲培养基等。

这类培养基主要作用是供给细胞生长繁殖所需的各类营养物质。

4、种子培养基特点

●必须有较完全和丰富的营养物质，特别需要充足的氮源和生长因子。

●种子培养基中各种营养物质的浓度不必太高。

。

●种子培养基成分还应考虑与发酵培养基的主要成分相近。

5、氮源使用的一些相关问题

●有机氮源和无机氮源应当混合使用

●早期：

容易利用易同化的氮源——无机氮源

●中期：

菌体的代谢酶系已形成、则利用蛋白质

●有些产物会受氮源的诱导和阻遏

●例如蛋白酶的生产

●有机氮源选取时也要考虑微生物的同化能力

●开发效果好、有针对性的有机氮源仍然是令人感兴趣的课题

6、pH的具体控制方法

⏹1.可以在微生物培养过程中加入酸或碱或流加某些营养物质调节培养基的pH，但更应在配制培养基时考虑所用营养物质的组成成分，使其pH值适合该微生物生长或合成代谢产物的需要。

⏹2.还要注意有些营养物质被利用后培养基的pH变化情况.

⏹3.控制pH最常用的方法是在培养基中添加具有一定缓冲能力的物质作为营养物，如以磷酸盐作为磷的成分；或者避免使用容易产生生理酸性或碱性使培养基pH波动太大的物质。

7、金属离子的影响

⏹有些种类的发酵生产对金属离子相当敏感，因为有些金属离子是中间代谢酶的抑制剂或激活剂。

⏹因此对于有重大影响的金属离子必须严格控制。

如柠檬酸发酵中铁、锰和锌离子都能明显影响产量，钙离子对细菌淀粉酶的生产有促进作用，而钴离子对葡萄糖异构酶的发酵是必需的，这些在培养基配制时都必须予以注意。

8、培养基确定方法

⏹

（1）首先必须做好调查研究工作，了解菌种的来源、生活习惯、生理生化特性和一般的营养要求。

⏹

（2）其次，对生产菌种的培养条件，生物合成的代谢途径，代谢产物的化学性质、分子结构、一般提炼方法和产品质量要求等也需要有所了解，以便在选择培养基时做到心中有数。

⏹（3）最好先选择一种较好的化学合成培养基做基础，开始时先做一些摇瓶试验;然后进一步做小型发酵罐培养，摸索菌种对各种主要有机碳源和氮源的利用情况和产生代谢产物的能力。

注意培养过程中的pH变化，观察适合于菌种生长繁殖和适合于代谢产物形成的两种不同pH，不断调整配比来适应上述各种情况。

⏹（4）注意每次只限一个变动条件。

有了初步结果以后，先确定一个培养基配比。

其次再确定各种重要的金属和非金属离子对发酵的影响，即对各种无机元素的营养要求，试验其最高、最低和最适用量。

在合成培养基上得出一定结果后，再做复合培养基试验。

最后试验各种发酵条件和培养基的关系。

培养基内pH可由添加碳酸钙来调节，其他如硝酸钠、硫酸铵也可用来调节。

⏹（5）有些发酵产物，如抗生素等，除了配制培养基以外，还要通过中间补料法，一面对碳及氮的代谢予以适当的控制，一面间歇添加各种养料和前体类物质，引导发酵走向合成产物的途径。

⏹6）根据生产和科学研究的需要选择培养基

⏹（7）根据经济效益选择培并基原料

9、深层培养基本操作的3个控制点

⏹①灭菌：

发酵工业要求纯培养，因此在发酵开始前必须对培养基进行加热灭菌。

所以发酵罐具有蒸汽夹套，以便将培养基和发酵罐进行加热灭菌，或者将培养基由连续加热灭菌器灭菌，并连续地输送于发酵罐内。

⏹②温度控制：

培养基灭菌后，冷却至培养温度进行发酵，由于随着微生物的增殖和发酵会发热、搅拌产热等，所以为维持温度恒定，须在夹套中以冷却水循环流过。

⏹③通气、搅拌：

空气进入发酵罐前先经空气过滤器除去杂菌，制成无菌空气，而后由罐底部进人，再通过搅拌将空气分散成微小气泡。

为了延长气泡滞留时间，可在罐内装挡板产生涡流。

搅拌的目的除了溶解氧之外，可使培养液中微生物均匀地分散在发酵罐内，促进热传递，以及为调节pH而使加入的酸和碱均匀分散等。

10、厌氧培养的方法

⏹

（1）深层穿刺分离培养：

用一根18-20mm直径的玻璃管，截成180-200mm长，洗净烘干。

一头塞入橡皮塞，加入2/3管长的营养琼脂，塞上胶塞或塑料帽，灭菌，凉至凝固。

穿刺接|种或待分离物。

培养后可见到生长的厌氧微生物菌落。

此时拔出橡皮塞，用无菌刀切割，分离再培养。

此法对于一般厌氧微生物适用。

⏹

（2）深层穿刺与化学吸氧相结合：

深层穿刺后，在培养基上部加一层非脱脂棉，再加一层脱脂棉，上面加入焦性没食子酸和Na2℃O3粉末的混合物，用胶塞或塑料帽盖紧。

焦性没食子酸和Na2℃O3在有湿气（即水分）存在的条件下缓慢作用吸氧和放出CO2，造成厌氧状态，强化了厌氧条件。

⏹（3）液体培养基法：

液体培养基法主要是在培养基中加入一定的还原物质并隔绝空气。

常见的有庖肉培养基法、硫乙醇酸钠法、牛心脑浸液培养基法等。

⏹（4）厌氧罐培养法：

碱性焦性没食子酸法：

焦性没食子酸与Na2℃O3反应可释放出℃O2并吸收环境中的氧。

⏹⑤厌氧箱培养法：

厌氧培养箱由厌氧环境操作箱、恒温培养箱、高度真空传递箱、气路控制系统、箱架、瓶架等部分组成。

培养箱的温度能自行调节控制，气路安排合理，能任意输入所需气体和准确调节流量。

箱内备有紫外灯，可消毒操作室内空气。

使用厌氧培养箱进行厌氧微生物分离培养时，整个操作过程可在正压℃O2或氮气下进行，使整个接种过程在无氧状态。

因此，厌氧培养箱在分离，研究极端专性厌氧菌时更有其优势。

11、HMP途径在微生物生命活动中有着极其重要的意义

⏹

（1）为核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖-磷酸。

⏹

（2）产生大量的NADPH2形式的还原剂，它不仅为合成脂肪酸、固醇等重要细胞物质之需，而且可通过呼吸链产生大量能量，这些都是EMP途径和TCA循环所无法完成的。

⏹（3）如果微生物对戊糖的需要超过HMP途径的正常供应量时，可通过EMP途径与本途径在果糖-1，6-二磷酸和甘油醛-3-磷酸处的连接来加以调剂。

⏹（4）反应中的赤藓糖-4-磷酸可用于合成芳香氨基酸，如苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸和组氨酸。

⏹（5）由于在反应中存在着C3～C7的各种糖，使具有HMP途径的微生物的碳源利用范围更广，例如它们可以利用戊糖作碳源。

⏹（6）通过本途径而产生的重要发酵产物很多，例如核苷酸、若干氨基酸、辅酶和乳酸（异型乳酸发酵）等。

12、回补顺序

⏹所谓回补顺序，又称补偿途径或添补途径，就是指能补充兼用代谢途径中因合成代谢而消耗的中间代谢物的反应。

⏹这样，当重要产能途径中的关键中间代谢物必须被大量用作生物合成的原料时，仍可保证能量代谢的正常进行。

13、微生物细胞的代谢调节方式

⏹可调节营养物质透过细胞膜而进入细胞的能力；

⏹通过酶的定位以限制它与相应底物的接近；

⏹调节代谢流。

⏹其中以调节代谢流的方式最为重要，它包括两个方面，一是“粗调”，即调节酶的合成量，二是“细调”，即调节现成酶分子的催化活力，两者往往密切配合和协调，以达到最佳调节效果。

14、竞争性抑制

有的酶在遇到一些化学结构与底物相似的分子时，这些分子与底物竞争结合酶的活性中心，亦会表现出酶活性的降低（抑制）。

这种情况称为酶的竞争性抑制。

15、分支代谢途径中的反馈抑制

⏹在分支代谢途径中，反馈抑制的情况较为复杂。

⏹为避免在一个分支上的产物过多时不致同时影响另一分支上产物的供应，微生物已发展出多种调节方式。

（1）同功酶调节2）协同反馈抑制（3）合作反馈抑制（4）累积反馈抑制（5）顺序反馈抑制

16、代谢调控在发酵工业中的应用

⏹

（一）应用营养缺陷型菌株以解除正常的反馈调节

在直线式的合成途径中，营养缺陷型突变株只能累积中间代谢物而不能累积最终代谢物。

但在分支代谢途径中，通过解除某种反馈调节，就可以使某一分支途径的末端产物得到累积。

⏹

（二）应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节

抗反馈调节突变菌株，就是指一种对反馈抑制不敏感或对阻遏有抗性的组成型菌株，或兼而有之的菌株。

在这类菌株中，因其反馈抑制或阻遏已解除，或是反馈抑制和阻遏已同时解除，所以能分泌大量的末端代谢产物。

⏹（三）控制细胞膜的渗透性

微生物的细胞膜对于细胞内外物质的运输具有高度选择性。

细胞内的代谢产物常常以很高的浓度累积着，并自然地通过反馈阻遏限制了它们的进一步合成。

采取生理学或遗传学方法，可以改变细胞膜的透性，使细胞内的代谢产物迅速渗漏到细胞外。

这种解除末端产物反馈抑制作用的菌株，可以提高发酵产物的产量。

17、次级代谢产物及特征

⏹

（1）次级代谢产物是由微生物产生的，不参与微生物的生长和繁殖。

⏹

（2）次级代谢产物的生物合成最少也要有一部分是不参与次级代谢产物生物合成的遗传物质（质粒plasmid），但参与与质粒有关的代谢途径。

⏹（3）它的生产大多数是基于菌种的特异性来完成的。

⏹（4）次级代谢产物发酵经历两个阶段，即营养增殖期和生产期。

如在菌体活跃增殖阶段几乎不产生抗生素。

接种一定时间后细胞停止生长，进入到恒定期才开始活跃地合成抗生素，称为生产期。

⏹（5）一般都同时产生结构上相类似的多种副组分。

⏹（6）生产能力受微量金属离子（Fe2+、Fe3+、Zn2+、Mn2+、Co2+、Ni2+等）和磷酸盐等无机离子的影响。

⏹（7）在多数情况下，增加前体是有效的。

⏹（8）次级代谢酶的特异性不一定比初级代谢酶高，次级代谢酶的底物特异性在某种程度上说是比较广的。

因此，如果供给与底物结构类似的物质，则可以得到与天然物不同的次级代谢产物。

⏹（9）培养温度过高或菌种移植次数过多，会使抗生素的生产能力下降，其原因可能是参与抗生素合成的菌种的质粒脱落之故。

⏹（10）次级代谢在其一个系列当中与一个酶相对应的底物和产物也可以成为其他酶的底物。

也就是说，在代谢过程中不一定非按每个阶段正确的顺序，一个生产物可由多种中间体和途径来取得，因此也可通过所谓“代谢纲目”或叫“代谢格子”这一系列途径来完成。

总之，微生物次级代谢，其目的产物的生物合成途径取决于微生物的培养条件和菌种的特异性。

18、抗生素产生菌的主要代谢调节机制

⏹①受DNA控制的酶合成的调节机制，包括酶的诱导和酶的阻遏（有终点产物的阻遏和分解产物的阻遏）。

⏹②酶活性的调节机制，包括终点产物的抑制或活化，利用辅酶的酶活调节、酶原的活化和潜酶的活化。

⏹③细胞膜透性的调节。

19、研究发酵动力学的步骤

⏹1.为了获得发酵过程变化的第一手资料，要尽可能寻找能反映过程变化的各种理化参数。

⏹2.将各种参数变化和现象与发酵代谢规律联系起来，找出它们之间的相互关系和变化规律。

⏹3.建立各种数学模型以描述各参数随时间变化的关系。

⏹4.通过计算机的在线控制，反复验证各种模型的可行性与适用范围。

20、分批补料培养技术

⏹所谓分批补料培养技术，就是指在分批培养伊始，投入较低浓度的底物，然后在发酵过程中，当微生物开始消耗底物后，再以某种方式向培养系统中补加一定的物料，使培养基中的底物浓度在较长时间内保持在一定范围内，以维持微生物的生长和产物的形成，并避免不利因素的产生，从而达到提高容积产量、产物浓度和产物得率的目的。

21、连续加压灭菌法优点

⏹①因采用高温瞬时灭菌，故既可杀灭微生物，又可最大限度减少营养成分的破坏，从而提高了原料的利用率，比“实罐灭菌”（120℃，30分钟）提高产量5～10