2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——生物大分子合成工程在制藥領(lǐng)域中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.生物合成途徑2.固相合成3.固定化酶4.親和層析5.生物反應(yīng)器二、簡(jiǎn)答題（每題5分，共25分）1.簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)的定義及其相互關(guān)系。2.與液相合成相比，固相合成在多肽合成中有哪些主要優(yōu)點(diǎn)？3.簡(jiǎn)述固定化酶技術(shù)的主要方法及其在制藥工業(yè)中應(yīng)用的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)。4.在生物制藥過(guò)程中，生物反應(yīng)器的主要作用是什么？簡(jiǎn)述其需要考慮的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。5.簡(jiǎn)述從包含目標(biāo)蛋白質(zhì)的粗提液中純化得到高純度蛋白質(zhì)的至少三個(gè)基本步驟及其原理。三、論述題（每題15分，共30分）1.以一種蛋白質(zhì)藥物（如抗體或酶）為例，簡(jiǎn)述其從設(shè)計(jì)合成/表達(dá)到最終制劑形成的主要生物大分子合成工程環(huán)節(jié)，并指出其中資源化學(xué)（如生物資源利用、綠色合成等）的考量點(diǎn)。2.闡述酶工程和蛋白質(zhì)工程在提高藥物（如疫苗、抗體藥物）生產(chǎn)效率和性能方面各自扮演的角色，并討論將兩者結(jié)合應(yīng)用于制藥生產(chǎn)的潛在優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景。試卷答案一、名詞解釋1.生物合成途徑:指生物體內(nèi)一系列酶促反應(yīng)構(gòu)成的、有序進(jìn)行且相互連接的代謝過(guò)程，用于合成特定的生物分子（如蛋白質(zhì)、核酸、多糖等），通常由多種酶催化，并在細(xì)胞內(nèi)特定位置進(jìn)行。**解析思路:*考察對(duì)基本代謝過(guò)程的理解。答案需包含“酶促反應(yīng)”、“一系列”、“有序連接”、“合成特定生物分子”、“酶催化”、“細(xì)胞內(nèi)”等關(guān)鍵要素。2.固相合成:指將合成底物（通常是保護(hù)氨基酸）連接在具有惰性、可溶性或insolublesupport（載體）上的合成方法，反應(yīng)在固-液界面進(jìn)行，反應(yīng)完成后通過(guò)簡(jiǎn)單的物理方法（如過(guò)濾）將固相載體與液相小分子副產(chǎn)物分離，并可將固相載體重復(fù)用于后續(xù)步驟。**解析思路:*考察對(duì)固相合成核心特征的掌握。關(guān)鍵點(diǎn)在于“連接在載體上”、“固-液界面”、“物理方法分離”、“重復(fù)使用”。3.固定化酶:指通過(guò)物理或化學(xué)方法將酶分子限制在特定空間內(nèi)（如附著在載體上或封裝在微膠囊中），使其仍保持催化活性，但可被分離和重復(fù)使用的技術(shù)。**解析思路:*考察對(duì)固定化酶定義的理解。核心是“限制在特定空間”、“保持催化活性”、“可分離”、“可重復(fù)使用”。4.親和層析:指利用抗原-抗體、酶-底物或配體-受體之間的高度特異性的結(jié)合親和力，將目標(biāo)生物分子從復(fù)雜的混合物中分離純化的層析技術(shù)。通常在層析介質(zhì)上固定特異性配體，目標(biāo)分子結(jié)合后被洗脫或直接收集。**解析思路:*考察對(duì)親和層析原理的理解。關(guān)鍵在于“高度特異性結(jié)合”、“固定配體”、“分離純化”。5.生物反應(yīng)器:指為生物反應(yīng)（如細(xì)胞培養(yǎng)、酶催化、發(fā)酵等）提供適宜環(huán)境（如溫度、pH、溶氧、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)等）并控制反應(yīng)過(guò)程的專用設(shè)備或系統(tǒng)，用于高效、可控地生產(chǎn)生物產(chǎn)品。**解析思路:*考察對(duì)生物反應(yīng)器基本概念的理解。關(guān)鍵點(diǎn)在于“提供適宜環(huán)境”、“控制反應(yīng)過(guò)程”、“生產(chǎn)生物產(chǎn)品”。二、簡(jiǎn)答題1.蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序；二級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，主要形式有α-螺旋和β-折疊，靠氫鍵維持穩(wěn)定；三級(jí)結(jié)構(gòu)是指整條肽鏈折疊形成的緊密、球狀的空間結(jié)構(gòu)，涉及全部氨基酸殘基，由多種作用力維持，包括氫鍵、疏水作用、范德華力、鹽橋和疏水鍵；四級(jí)結(jié)構(gòu)是指由兩條或多條具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的肽鏈（亞基）通過(guò)非共價(jià)鍵連接形成的聚集體結(jié)構(gòu)（對(duì)于單體蛋白質(zhì)則沒(méi)有四級(jí)結(jié)構(gòu)）。一級(jí)結(jié)構(gòu)是基礎(chǔ)，決定了蛋白質(zhì)的二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。**解析思路:*要求系統(tǒng)描述蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次，從定義到形式、穩(wěn)定因素，并點(diǎn)明層次間的關(guān)系。需要包含一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)結(jié)構(gòu)的定義和關(guān)鍵特征（如氨基酸順序、α螺旋/β折疊、肽鏈/亞基、主要作用力）。2.固相合成的主要優(yōu)點(diǎn)包括：反應(yīng)物和產(chǎn)物始終保留在固相上，易于分離純化，避免了小分子副產(chǎn)物的擴(kuò)散和積累，減少了溶劑消耗；反應(yīng)可以在溶液中進(jìn)行，但最終產(chǎn)物與反應(yīng)器壁分離，易于回收；易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，提高合成效率和重現(xiàn)性；固相載體可重復(fù)使用；便于進(jìn)行大規(guī)模合成。**解析思路:*要求列舉并解釋固相合成相比液相合成的優(yōu)勢(shì)。應(yīng)從分離純化、副產(chǎn)物影響、溶劑、自動(dòng)化、重復(fù)使用、規(guī)模等方面進(jìn)行闡述。3.固定化酶的主要方法包括：吸附法（物理吸附、離子吸附）、包埋法（凝膠包埋、膜包埋）、共價(jià)偶聯(lián)法（將酶共價(jià)鍵合到載體上）、交聯(lián)法（使用交聯(lián)劑使酶分子間形成共價(jià)鍵）。固定化酶在制藥工業(yè)中應(yīng)用的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是提高了酶的穩(wěn)定性（熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、儲(chǔ)存穩(wěn)定性），使得酶可以重復(fù)使用，降低了生產(chǎn)成本，并且可以將酶固定在特定位置（如膜反應(yīng)器），實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，減少產(chǎn)品與酶的分離步驟。**解析思路:*要求列舉至少兩種固定化方法，并重點(diǎn)解釋其一個(gè)核心優(yōu)勢(shì)，將其與成本、效率、穩(wěn)定性聯(lián)系起來(lái)。4.生物反應(yīng)器的主要作用是為細(xì)胞或酶提供并維持一個(gè)穩(wěn)定、適宜的生長(zhǎng)或催化環(huán)境，并控制反應(yīng)過(guò)程以高效生產(chǎn)目標(biāo)生物產(chǎn)品。關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)包括：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)和代謝物移除系統(tǒng)、溫度和pH控制系統(tǒng)、溶氧供應(yīng)和攪拌系統(tǒng)、壓力控制（對(duì)于高壓發(fā)酵）、通氣量控制、混合效果、生物傳感器和在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、以及反應(yīng)器材質(zhì)的選擇（需生物相容性）。**解析思路:*首先說(shuō)明生物反應(yīng)器的基本功能，然后詳細(xì)列舉影響其性能的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)，涵蓋環(huán)境控制（溫度、pH、溶氧等）和過(guò)程控制（攪拌、混合、監(jiān)測(cè)等）方面。5.從粗提液中純化蛋白質(zhì)的三個(gè)基本步驟及其原理：①鹽析（或有機(jī)溶劑沉淀）：利用高濃度鹽或有機(jī)溶劑改變?nèi)芤涵h(huán)境，使蛋白質(zhì)溶解度降低而沉淀出來(lái)，基于蛋白質(zhì)在不同離子強(qiáng)度和溶劑存在下溶解度的差異。②透析或超濾：利用半透膜的選擇透過(guò)性，將含有蛋白質(zhì)的大分子溶液與含有小分子鹽類雜質(zhì)的緩沖液分開，基于分子大小差異。③層析：利用蛋白質(zhì)與層析介質(zhì)（固定相）之間不同的相互作用力（如吸附力、電荷吸引力、尺寸排阻等），將蛋白質(zhì)與其他組分分離，如離子交換層析（基于電荷）、凝膠過(guò)濾層析（基于尺寸）、親和層析（基于特異性結(jié)合）。**解析思路:*要求列舉三種不同的純化方法，重點(diǎn)說(shuō)明每種方法的操作原理，即其分離機(jī)制（如溶解度變化、分子篩分、選擇性結(jié)合等）。三、論述題1.以抗體藥物為例，其主要生物大分子合成工程環(huán)節(jié)包括：①基因序列設(shè)計(jì)與構(gòu)建：根據(jù)目標(biāo)抗體結(jié)構(gòu)信息，設(shè)計(jì)或改造重鏈和輕鏈基因序列，并通過(guò)基因克隆技術(shù)構(gòu)建表達(dá)載體。②細(xì)胞株構(gòu)建與篩選：將表達(dá)載體轉(zhuǎn)染到合適的宿主細(xì)胞（如中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞CHO）中，篩選獲得高產(chǎn)、穩(wěn)定表達(dá)抗體的細(xì)胞系。③抗體表達(dá)與收獲：在生物反應(yīng)器中大規(guī)模培養(yǎng)篩選出的細(xì)胞株，誘導(dǎo)抗體表達(dá)，并通過(guò)細(xì)胞破碎或分泌途徑收獲含有抗體的培養(yǎng)液（上清液或細(xì)胞培養(yǎng)物）。④抗體純化：利用層析等分離技術(shù)，從粗提液中純化抗體，通常包括蛋白質(zhì)A/G親和層析（捕獲）、離子交換層析（中間純化）、凝膠過(guò)濾層析（分子量排阻，去除聚集體）等步驟，得到高純度抗體。⑤成品制劑制備：對(duì)純化后的抗體進(jìn)行緩沖液置換、濃度調(diào)節(jié)、添加穩(wěn)定劑、凍干或灌裝等步驟，制成最終藥品。在資源化學(xué)視角下，考慮點(diǎn)包括：選用高效表達(dá)菌株以利用生物合成能力；優(yōu)化發(fā)酵工藝以節(jié)約能源和培養(yǎng)基成本；采用綠色層析介質(zhì)和純化工藝減少環(huán)境污染；探索利用植物或微生物系統(tǒng)進(jìn)行抗體生產(chǎn)（生物基平臺(tái)）；開發(fā)高效、低成本的抗體純化技術(shù)。**解析思路:*需要全面梳理抗體藥物生產(chǎn)的主要流程，覆蓋從基因到最終產(chǎn)品的各個(gè)環(huán)節(jié)，并明確指出每個(gè)環(huán)節(jié)涉及的技術(shù)。同時(shí)，要結(jié)合“資源化學(xué)”視角，分析如何在生產(chǎn)過(guò)程中考慮生物資源的利用效率、綠色化學(xué)原則、成本效益和可持續(xù)性。2.酶工程在制藥生產(chǎn)中主要扮演的角色是通過(guò)改造酶的結(jié)構(gòu)或利用酶的催化特性，提高酶的活性、穩(wěn)定性、特異性或改變底物/產(chǎn)物譜，從而提高生產(chǎn)效率、降低成本或生產(chǎn)特定藥物。例如，通過(guò)定向進(jìn)化或蛋白質(zhì)工程改造酶的底物特異性，使其能催化更廉價(jià)或更易得的底物；通過(guò)提高酶的熱穩(wěn)定性或儲(chǔ)存穩(wěn)定性，延長(zhǎng)酶的使用壽命，降低成本；通過(guò)固定化酶或酶偶聯(lián)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)酶的重復(fù)使用和連續(xù)化生產(chǎn)。蛋白質(zhì)工程則是在基因水平上對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行設(shè)計(jì)、改造和合成，以獲得具有更優(yōu)異性能（如更高活性、更優(yōu)底物特異性、更適溫適pH范圍）的酶或蛋白質(zhì)藥物。將兩者結(jié)合應(yīng)用于制藥生產(chǎn)的潛在優(yōu)勢(shì)在于：酶工程為蛋白質(zhì)工程提供了需要改造或設(shè)計(jì)的“目標(biāo)”，而蛋白質(zhì)工程則為實(shí)現(xiàn)酶工程目標(biāo)（如獲得理想酶活性/特異性）提供了強(qiáng)大的分子設(shè)計(jì)工具；結(jié)合兩者可以更精準(zhǔn)地設(shè)計(jì)出滿足特定制藥需求的酶或蛋白質(zhì)藥物，縮短研發(fā)周期；兩者結(jié)合可以優(yōu)化整個(gè)生物制造過(guò)程，提高生產(chǎn)效率和可持續(xù)