2025年大學《分子科學與工程》專業(yè)題庫——生物分子科學在工程應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.下列哪一項不是生物大分子？A.蛋白質B.核酸C.多糖D.脂質2.PCR技術中，用于擴增目的DNA片段的關鍵酶是？A.DNA連接酶B.DNA聚合酶C.限制性內切酶D.RNA聚合酶3.下列哪種酶屬于絲氨酸蛋白酶？A.胰蛋白酶B.堿性磷酸酶C.超氧化物歧化酶D.脫氧核糖核酸酶4.生物相容性是指生物材料？A.在生物體內不被排斥B.能夠生物降解C.具有催化活性D.能夠傳遞信號5.下列哪種技術常用于蛋白質的純化？A.PCRB.凝膠過濾層析C.基因編輯D.分子克隆6.生物傳感器的主要功能是？A.催化化學反應B.檢測生物分子C.合成蛋白質D.修復組織7.下列哪種藥物屬于抗體藥物？A.青霉素B.阿司匹林C.利妥昔單抗D.腎上腺素8.組織工程的主要目標是？A.促進傷口愈合B.替代受損組織C.治療感染D.增強免疫力9.微生物燃料電池是一種？A.生物傳感器B.生物催化器C.生物能源裝置D.生物制藥設備10.下列哪種方法不屬于生物修復技術？A.微生物降解B.植物修復C.化學沉淀D.熱處理二、填空題1.蛋白質的一級結構是指______________的線性排列。2.基因編輯技術中，CRISPR-Cas9系統(tǒng)利用______________識別目標DNA序列。3.酶的米氏常數(Km)表示______________。4.生物材料在體內的降解產物應______________。5.生物制藥中，重組蛋白藥物通常在______________中表達。6.組織工程中，細胞外基質(ECM)提供______________和______________。7.生物能源領域，光合作用是一種重要的______________過程。8.生物傳感器通常由______________和______________兩部分組成。9.基因治療的目標是______________或______________缺陷基因。三、簡答題1.簡述PCR技術的原理及其三個關鍵步驟。2.解釋酶催化與化學催化的區(qū)別。3.簡述生物材料在組織工程中的應用。4.說明生物傳感器在環(huán)境監(jiān)測中的應用。四、論述題1.論述酶催化在生物制藥工業(yè)中的重要性及應用。2.分析生物分子科學在生物能源領域的發(fā)展前景和面臨的挑戰(zhàn)。五、案例分析題某公司開發(fā)了一種新型的酶基生物傳感器，用于檢測水體中的有機污染物。該傳感器以固定化酶為識別元件，結合電化學信號轉換技術。請分析該傳感器的設計原理、潛在應用領域以及可能面臨的挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.A4.A5.B6.B7.C8.B9.C10.C二、填空題1.氨基酸2.向導RNA(gRNA)3.底物濃度達到酶最大活性時，酶促反應速率達到最大速率一半時的底物濃度4.對人體無毒5.微生物發(fā)酵罐6.支撐、傳質、信號傳導7.光能轉化8.識別元件、信號轉換器9.替換、修復三、簡答題1.原理：PCR(聚合酶鏈式反應)是一種在體外快速擴增特定DNA片段的技術，其原理是模擬生物體內DNA復制的過程，通過變性、退火、延伸三個可循環(huán)的步驟，使目的DNA片段呈指數級擴增。步驟：a.變性：高溫使DNA雙鏈解旋成單鏈，提供模板。b.退火：降低溫度，引物與互補的DNA單鏈結合，確定擴增區(qū)域。c.延伸：適當溫度下，DNA聚合酶以引物為起點，沿模板鏈合成新的互補鏈。2.區(qū)別：a.作用機制：酶催化通過活性位點與底物形成過渡態(tài)復合物，降低反應活化能；化學催化通過改變反應路徑或提供非共價鍵相互作用，同樣降低活化能。b.效率：酶催化效率極高，通常比化學催化劑快百萬倍以上。c.特異性：酶催化的特異性強，通常只針對特定底物；化學催化劑特異性相對較低。d.條件：酶催化通常在溫和的條件下進行(如體溫、中性pH)；化學催化可能需要高溫、高壓或強酸強堿條件。e.產物：酶催化不改變自身結構；化學催化劑可能參與反應并發(fā)生改變。3.應用：a.支架材料：提供三維結構，支持細胞生長和組織形成。b.細胞生長因子載體：遞送信號分子，引導細胞行為和分化。c.生物相容性材料：避免免疫排斥和炎癥反應，促進組織整合。d.藥物遞送系統(tǒng)：控制藥物釋放，提高療效和降低副作用。4.應用：a.環(huán)境監(jiān)測：檢測水體、土壤和空氣中的污染物(如重金屬、農藥、抗生素、揮發(fā)性有機物)，實時、快速、靈敏。b.食品安全：檢測食品中的致病菌、過敏原、非法添加物等。c.醫(yī)療診斷：檢測人體內的疾病標志物(如腫瘤標志物、病毒核酸、激素等)，實現早期診斷和個性化治療。d.生物戰(zhàn)爭檢測：快速檢測生物戰(zhàn)劑(如細菌、病毒、毒素)。四、論述題1.重要性及應用：a.重要性：i.提高生產效率：酶具有高效性、專一性和溫和的反應條件，可顯著提高生物制藥的生產效率和產量。ii.降低生產成本：酶催化可簡化反應路徑，減少副產物生成，降低能耗和廢物處理成本。iii.提高產品質量：酶催化具有高專一性，可減少雜質，提高目標產物的純度和質量。iv.實現綠色生產：酶催化符合綠色化學原則，減少化學試劑使用，降低環(huán)境污染。b.應用：i.抗生素生產：酶在青霉素等抗生素的發(fā)酵和后期純化過程中發(fā)揮重要作用。ii.氨基酸生產：酶在氨基酸的合成和轉化過程中具有廣泛應用。iii.有機酸生產：酶在檸檬酸、乳酸等有機酸的生產中發(fā)揮關鍵作用。iv.蛋白質和酶制劑生產：酶在重組蛋白藥物和酶制劑的生產中用于折疊、純化和修飾。v.生物轉化：酶用于將廉價底物轉化為高價值化學品和藥物。2.發(fā)展前景和面臨的挑戰(zhàn)：a.發(fā)展前景：i.可持續(xù)能源：發(fā)展高效、廉價的酶催化燃料電池，替代傳統(tǒng)化石能源。ii.生物質能源：利用酶催化技術將生物質轉化為生物燃料(如乙醇、丁醇)和化學品。iii.碳捕獲與利用：開發(fā)酶催化技術將二氧化碳轉化為有用化學品或燃料。iv.生物制造：利用酶催化技術實現從簡單分子到復雜產品的生物合成。b.面臨的挑戰(zhàn)：i.酶的穩(wěn)定性：提高酶在高溫、高壓、有機溶劑等非天然環(huán)境中的穩(wěn)定性。ii.酶的效率：提高酶的催化速率，以滿足工業(yè)化生產的需求。iii.酶的成本：降低酶的生產成本，提高其經濟可行性。iv.酶的底物范圍：擴展酶的底物范圍，使其能夠催化更多種類的反應。v.酶的工程改造：通過蛋白質工程和定向進化等技術，改造酶的結構和功能。五、案例分析題1.設計原理：a.識別元件：固定化酶(如酶膜、酶珠或酶固定在載體上)作為識別元件，能夠特異性地與水體中的目標有機污染物結合。b.信號轉換：結合后的酶構象發(fā)生變化，導致其催化活性改變，進而引起可測量的信號變化(如電信號、光信號、壓力信號等)。c.信號放大：通過電化學電路、光學檢測系統(tǒng)等將微弱的信號放大，實現污染物濃度的定量檢測。2.潛在應用領域：a.工業(yè)廢水監(jiān)測：實時監(jiān)測化工、印染、制藥等行業(yè)的廢水排放，確保達標排放。b.農業(yè)面源污染監(jiān)測：檢測農田退水中農藥、化肥殘留，保護水體環(huán)境。c.飲用水安全監(jiān)測：檢測飲用水源和管網中的有機污染物，保障飲用水安全。d.環(huán)境應急監(jiān)測：在突發(fā)環(huán)境事件中快速檢測污染物，為應急處理提供依據。3.可能面臨的挑戰(zhàn)：a.干擾因素：水體中存在的其他物質可能干擾酶的識別或信號轉換，導致假陽性或假陰