2025年大學(xué)《資源化學(xué)》專業(yè)題庫——生物化學(xué)技術(shù)在藥物合成領(lǐng)域的應(yīng)用分析考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項字母填在題后括號內(nèi)）1.在藥物合成中，利用酶作為催化劑進(jìn)行反應(yīng)，其主要優(yōu)勢之一是能夠?qū)崿F(xiàn)高度（）。A.催化活性B.對映選擇性C.反應(yīng)速率D.底物轉(zhuǎn)化率2.下列哪種技術(shù)屬于利用微生物的代謝能力來轉(zhuǎn)化底物，從而合成目標(biāo)藥物或中間體？（）A.固定化細(xì)胞技術(shù)B.化學(xué)酶法C.微生物轉(zhuǎn)化D.動物細(xì)胞培養(yǎng)3.固定化酶相比游離酶在藥物合成應(yīng)用中，其主要優(yōu)點之一是（）。A.催化活性更高B.易于分離純化C.成本更低D.對有機溶劑耐受性更好4.生物轉(zhuǎn)化通常發(fā)生在（）。A.高溫高壓環(huán)境B.中性或弱酸性環(huán)境C.體內(nèi)細(xì)胞或組織D.高真空環(huán)境5.下列關(guān)于生物催化特點的描述，錯誤的是（）。A.通常條件溫和（較溫和的溫度、pH）B.選擇性高（立體選擇性、區(qū)域選擇性）C.催化活性高D.易受抑制劑影響，穩(wěn)定性相對較差6.能夠利用微生物細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外酶催化非天然底物進(jìn)行反應(yīng)的技術(shù)是（）。A.發(fā)酵工程B.細(xì)胞融合技術(shù)C.基因工程改造D.非水相酶學(xué)7.在手性藥物合成中，生物催化技術(shù)（特別是酶法不對稱合成）的主要價值在于能夠高效、高選擇性地獲得（）。A.混合醇B.外消旋體C.對映異構(gòu)體D.副產(chǎn)物8.下列哪種酶最常被用于有機相中的生物催化反應(yīng)？（）A.葡萄糖氧化酶B.脫氫酶C.脂肪酶D.蛋白酶9.將生物催化技術(shù)應(yīng)用于藥物合成，其主要的環(huán)境友好優(yōu)勢體現(xiàn)在（）。A.減少廢物排放B.降低能耗C.使用廉價試劑D.以上都是10.生物化學(xué)技術(shù)在藥物合成領(lǐng)域的應(yīng)用研究，目前面臨的主要挑戰(zhàn)之一是（）。A.酶的成本過高B.酶的穩(wěn)定性和壽命短C.底物范圍有限D(zhuǎn).以上都是二、簡答題（每小題5分，共25分）1.簡述酶促反應(yīng)與一般化學(xué)反應(yīng)相比，具有哪些顯著不同的特點。2.解釋什么是微生物轉(zhuǎn)化，并列舉其在藥物合成中至少兩種具體的應(yīng)用實例。3.簡述固定化酶技術(shù)的基本原理，并說明其在連續(xù)化藥物合成生產(chǎn)中的優(yōu)勢。4.生物催化技術(shù)（如酶催化）在手性藥物合成中具有哪些重要優(yōu)勢？5.影響生物催化反應(yīng)效率的主要因素有哪些？三、論述題（每小題10分，共30分）1.詳細(xì)分析將傳統(tǒng)化學(xué)合成方法與生物催化技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行藥物合成的潛在優(yōu)勢，并舉例說明。2.以一個具體的藥物（如阿司匹林、青霉素或某個你熟悉的藥物）為例，設(shè)想一個利用生物化學(xué)技術(shù)（酶催化或微生物轉(zhuǎn)化）進(jìn)行合成或改進(jìn)合成路線的方案，并簡述其設(shè)計思路和可能的應(yīng)用價值。3.討論當(dāng)前生物化學(xué)技術(shù)在藥物合成領(lǐng)域應(yīng)用所面臨的主要挑戰(zhàn)，并就如何克服這些挑戰(zhàn)提出你的看法和建議。試卷答案一、選擇題（每小題2分，共20分）1.B解析：酶催化的核心優(yōu)勢之一是其高度的特異性，能夠?qū)崿F(xiàn)對映選擇性，即從多種立體異構(gòu)體底物中選擇性地合成目標(biāo)對映異構(gòu)體，這是傳統(tǒng)化學(xué)合成難以比擬的。2.C解析：微生物轉(zhuǎn)化是利用特定微生物（細(xì)菌、真菌、酵母等）的酶系統(tǒng)或整個細(xì)胞，在適宜條件下轉(zhuǎn)化底物（如天然產(chǎn)物、化學(xué)合成中間體），改變其結(jié)構(gòu)或引入特定官能團(tuán)，從而獲得目標(biāo)藥物或中間體的過程。3.B解析：固定化酶將酶固定在載體上，使其能夠重復(fù)使用，便于與底物分離，大大提高了產(chǎn)物純度，這是其相對于游離酶的主要優(yōu)點之一。A選項錯誤，固定化酶活性通常低于游離酶。C選項錯誤，固定化酶成本可能更高。D選項錯誤，許多固定化酶需要水相環(huán)境。4.C解析：生物轉(zhuǎn)化是生物體（主要是微生物、動植物）體內(nèi)的酶促反應(yīng)過程，通常發(fā)生在活細(xì)胞或組織內(nèi)及其特定的微環(huán)境（如細(xì)胞液、細(xì)胞膜等）中。5.D解析：生物催化條件溫和、選擇性好、活性高是其主要特點。酶分子相對不穩(wěn)定，易受pH、溫度、抑制劑等因素影響，與化學(xué)催化劑相比，穩(wěn)定性較差。6.C解析：基因工程改造可以通過改造微生物的基因組，使其能夠表達(dá)異源酶，或者使其能夠利用非天然底物進(jìn)行代謝轉(zhuǎn)化，這是基因工程的核心應(yīng)用之一。7.C解析：手性藥物通常有兩種對映異構(gòu)體，其中只有一個具有藥理活性。生物催化技術(shù)，特別是酶法不對稱合成，能夠高效、高選擇性地只生成目標(biāo)的對映異構(gòu)體。8.C解析：脂肪酶是一種在有機溶劑中仍能保持活性的酶，特別適合在非水相中進(jìn)行生物催化反應(yīng)，拓展了酶催化應(yīng)用的底物范圍。9.D解析：生物催化通常條件溫和，原子經(jīng)濟(jì)性高，副產(chǎn)物少，符合綠色化學(xué)原則，減少了廢物排放（A），有時能耗可能較高（B），但通常能使用可再生、廉價的生物質(zhì)底物（C），因此D選項最全面。10.D解析：生物催化技術(shù)面臨多重挑戰(zhàn)：許多酶成本較高（A），許多酶在工業(yè)生產(chǎn)條件下穩(wěn)定性不足、壽命短（B），酶的底物范圍（SubstrateScope）有限，難以處理復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)（C），這些都是當(dāng)前應(yīng)用的主要障礙。二、簡答題（每小題5分，共25分）1.解析：酶促反應(yīng)與一般化學(xué)反應(yīng)相比特點顯著不同。首先，酶是生物催化劑，通常為蛋白質(zhì)，具有高度的特異性（專一性），一種酶通常只催化一種或一類反應(yīng)。其次，酶促反應(yīng)條件溫和，一般在常溫、常壓、中性或近中性pH下進(jìn)行。再次，酶催化反應(yīng)速率極快，效率極高，一個酶分子在單位時間內(nèi)可以催化成千上萬個反應(yīng)底物分子。最后，酶的作用效果受多種因素（如溫度、pH、抑制劑、激活劑）影響，反應(yīng)動力學(xué)符合米氏方程，而一般化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)相對穩(wěn)定。2.解析：微生物轉(zhuǎn)化是指利用特定微生物（如細(xì)菌、真菌、酵母）的酶系統(tǒng)或整個細(xì)胞，在適宜的培養(yǎng)條件下，對底物（可以是天然產(chǎn)物如甾體、生物堿，也可以是化學(xué)合成中間體）進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾（如羥基化、還原、氧化、脫氫、甲基化、乙酰化等）或降解，從而獲得具有特定藥理活性或更適合后續(xù)化學(xué)合成的中間體的過程。應(yīng)用實例包括：利用微生物將甾體化合物轉(zhuǎn)化為活性更強的皮質(zhì)激素類藥物；利用假單胞菌等微生物降解對環(huán)境有害的多氯聯(lián)苯（PCBs）等。3.解析：固定化酶技術(shù)的基本原理是將游離的酶通過物理吸附、化學(xué)交聯(lián)、包埋、共價結(jié)合等方法固定在固體載體（如硅膠、活性炭、樹脂、多孔玻璃珠等）上，形成不溶性的酶復(fù)合物。其優(yōu)勢在于：①酶可重復(fù)使用，降低了成本；②便于與底物分離，提高了產(chǎn)物純度；③易于控制反應(yīng)條件（如pH、溫度、溶氧），便于實現(xiàn)反應(yīng)過程的連續(xù)化和自動化，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。4.解析：生物催化技術(shù)（酶催化）在手性藥物合成中的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：①高度的立體選擇性，能夠高效、高對映選擇性地合成目標(biāo)手性藥物或中間體，避免了復(fù)雜的拆分過程；②條件溫和，通常在接近中性的水相或溫和的有機相中進(jìn)行，反應(yīng)環(huán)境友好，能耗低，副反應(yīng)少；③特異性強，能夠精確地引入特定官能團(tuán)或進(jìn)行區(qū)域選擇性的轉(zhuǎn)化，合成復(fù)雜結(jié)構(gòu)藥物時步驟更少，效率更高。5.解析：影響生物催化反應(yīng)效率的主要因素包括：①酶的因素，如酶的濃度、活性、穩(wěn)定性、特異性；②底物的因素，如底物的濃度、溶解度、與酶的結(jié)合能力（親和力）、反應(yīng)級數(shù)；③反應(yīng)條件，如溫度、pH、離子強度、溶劑體系（水相、有機相、非水相）、抑制劑、激活劑、通氣情況（需氧或厭氧）；④固定化因素（若為固定化酶），如載體的性質(zhì)、酶的負(fù)載量、傳質(zhì)阻力等。三、論述題（每小題10分，共30分）1.解析：將傳統(tǒng)化學(xué)合成方法與生物催化技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行藥物合成具有多方面的潛在優(yōu)勢。首先，可以利用生物催化彌補化學(xué)合成的不足，例如在手性合成中，酶法能夠高效、高選擇性地提供難以通過化學(xué)方法獲得的非對映異構(gòu)體或?qū)τ钞悩?gòu)體，簡化合成路線。其次，可以利用化學(xué)合成制備生物催化難以處理的復(fù)雜底物，通過化學(xué)方法構(gòu)建特定骨架或引入保護(hù)基團(tuán)，然后轉(zhuǎn)交給生物催化劑進(jìn)行后續(xù)的修飾或轉(zhuǎn)化。再次，可以將化學(xué)催化與生物催化步驟串聯(lián)，形成更高效、更綠色的合成路線，例如化學(xué)方法進(jìn)行初步構(gòu)建，生物方法進(jìn)行選擇性修飾，化學(xué)方法進(jìn)行最終官能團(tuán)轉(zhuǎn)化，各步優(yōu)勢互補，提高總收率和選擇性。最后，這種結(jié)合有助于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，化學(xué)方法的高效官能團(tuán)轉(zhuǎn)化與生物方法的環(huán)境友好性相結(jié)合，可以減少廢物，降低能耗，符合綠色化學(xué)理念。例如，利用化學(xué)方法合成一個不易被酶轉(zhuǎn)化的底物前體，再利用脂肪酶進(jìn)行酯鍵的構(gòu)建。2.解析：以阿司匹林（乙酰水楊酸）為例，設(shè)想利用生物化學(xué)技術(shù)改進(jìn)合成路線。阿司匹林的合成關(guān)鍵步驟是水楊酸與乙酸酐（或乙酰氯）的乙?；磻?yīng)。設(shè)計思路：可以嘗試?yán)妹阜；娲鷤鹘y(tǒng)的化學(xué)?；?。例如，篩選或改造能夠催化芳基醇或酚羥基?；拿福ㄈ缒承；D(zhuǎn)移酶、脂肪酶或酯酶），使其能夠利用乙酸（更廉價環(huán)保）作為?；瘎谒嗷驕睾陀袡C相條件下催化水楊酸進(jìn)行乙?；?，直接得到阿司匹林或其乙?；苌??？赡艿膽?yīng)用價值：如果成功，此方案可能具有以下優(yōu)點：①環(huán)境友好，減少有機溶劑使用和酸性廢水排放；②成本降低，乙酸比乙酸酐便宜；③操作可能更簡便，酶催化條件溫和，易于控制。當(dāng)然，實際挑戰(zhàn)在于找到合適的酶、優(yōu)化反應(yīng)條件、解決酶的重復(fù)使用或固定化問題。類似地，也可以考慮利用微生物轉(zhuǎn)化水楊酸或其他前體來合成阿司匹林或其前體。3.解析：當(dāng)前生物化學(xué)技術(shù)在藥物合成領(lǐng)域應(yīng)用面臨的主要挑戰(zhàn)包括：①酶的成本過高，尤其是對于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，酶的成本往往成為制約其應(yīng)用的主要經(jīng)濟(jì)因素；②酶的穩(wěn)定性和壽命短，許多酶在高溫、高濃度底物或產(chǎn)物、極端pH等工業(yè)生產(chǎn)條件下穩(wěn)定性差，導(dǎo)致活性下降快，使用壽命短，增加生產(chǎn)成本；③酶的底物范圍有限，許多天然酶只對特定的、簡單的底物有效，對于復(fù)雜、帶有保護(hù)基團(tuán)或空間位阻大的藥物分子，酶的催化活性可能很低或無法催化，限制了其應(yīng)用范圍；④反應(yīng)動力學(xué)控制難度大，生物催化反應(yīng)速率可能較慢，需要優(yōu)化反應(yīng)條件以平衡效率和選擇性；⑤規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)有待完善，從實驗室規(guī)模放大到千噸級工業(yè)