2025年大學(xué)《分子科學(xué)與工程》專業(yè)題庫(kù)——生物催化技術(shù)在制藥工業(yè)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.下列哪種酶通常不用于生物催化中的手性拆分或不對(duì)稱合成？A.L-谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶B.乙酰輔酶A脫氫酶C.D-氨基轉(zhuǎn)移酶D.甘油醛-3-磷酸脫氫酶2.與游離酶相比，固定化酶的主要優(yōu)勢(shì)之一是：A.通常具有更高的反應(yīng)速率B.更容易從反應(yīng)體系中分離回收C.對(duì)有機(jī)溶劑的耐受性通常更強(qiáng)D.通常具有更高的酶穩(wěn)定性3.在生物催化工藝開發(fā)中，優(yōu)化酶促反應(yīng)的最小反應(yīng)體積（Microreactor）的主要目的是：A.提高底物轉(zhuǎn)化率B.縮短反應(yīng)時(shí)間，提高生產(chǎn)強(qiáng)度C.降低產(chǎn)物抑制D.增加酶的負(fù)載量4.下列哪種藥物或中間體的合成是生物催化技術(shù)在制藥工業(yè)中取得的成功典范？A.乙酰水楊酸（阿司匹林）B.青霉素GC.撲熱息痛（對(duì)乙酰氨基酚）D.甲基強(qiáng)的松龍5.限制整細(xì)胞催化應(yīng)用的一個(gè)主要因素是：A.酶的成本較高B.細(xì)胞的穩(wěn)定性較差C.通常只能催化一種特定反應(yīng)D.難以從反應(yīng)混合物中分離產(chǎn)物6.下列哪項(xiàng)不屬于生物催化工藝在制藥工業(yè)中具有顯著優(yōu)勢(shì)的方面？A.常在溫和條件下進(jìn)行（較低溫度、壓力）B.能催化難以通過化學(xué)方法進(jìn)行的反應(yīng)C.產(chǎn)物通常需要復(fù)雜的化學(xué)后處理D.具有高區(qū)域選擇性和立體化學(xué)特異性7.利用基因工程技術(shù)改造微生物，使其能夠高效表達(dá)特定工業(yè)酶，這屬于生物催化的哪種策略？A.固定化酶技術(shù)B.整細(xì)胞催化技術(shù)C.酶工程改造D.相轉(zhuǎn)移催化技術(shù)8.生物催化過程的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估中，通常將單位體積催化劑處理多少底物來衡量其生產(chǎn)能力？A.反應(yīng)時(shí)間（小時(shí)）B.底物濃度（摩爾/升）C.產(chǎn)物濃度（摩爾/升）D.轉(zhuǎn)化率（百分比）9.下列哪種方法不屬于酶的固定化技術(shù)？A.吸附法B.共價(jià)結(jié)合法C.包埋法D.交聯(lián)法10.生物催化技術(shù)被認(rèn)為是綠色化學(xué)的重要實(shí)踐之一，其主要原因之一是：A.通常使用昂貴的貴金屬催化劑B.常常產(chǎn)生有毒的副產(chǎn)物C.可以在環(huán)境友好的水相中操作，減少有機(jī)溶劑使用D.需要高能量的加熱過程二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填寫在橫線上）1.生物催化通常利用________和________作為催化劑。2.將酶固定在載體上或形成多孔基質(zhì)，可以阻止酶失活，提高_(dá)_______和________。3.生物催化在制藥工業(yè)中主要應(yīng)用于合成________、________和________等類別的重要分子。4.通過改變酶的________或________，可以改變其催化活性或特性。5.衡量一個(gè)生物催化反應(yīng)選擇性的重要指標(biāo)是________。6.生物催化工藝開發(fā)需要進(jìn)行反應(yīng)條件優(yōu)化，包括________、________、pH和________等參數(shù)。7.影響生物催化過程工業(yè)放大的關(guān)鍵因素包括傳質(zhì)、混合、產(chǎn)物________和________。三、名詞解釋（每題3分，共15分。請(qǐng)給出簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確的專業(yè)定義）1.生物催化2.固定化酶3.整細(xì)胞催化4.手性催化5.基因工程四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述生物催化相比化學(xué)催化在制藥工業(yè)中的主要優(yōu)勢(shì)。2.簡(jiǎn)述固定化酶的主要方法及其至少一種優(yōu)缺點(diǎn)。3.簡(jiǎn)述生物催化工藝開發(fā)的主要步驟。4.生物催化技術(shù)在手性藥物合成中有哪些主要應(yīng)用？五、論述題（10分）結(jié)合一個(gè)具體的生物催化制藥實(shí)例，分析其工藝流程、關(guān)鍵技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性考量。試卷答案一、選擇題（每題2分，共20分）1.B解析：乙酰輔酶A脫氫酶主要參與脂肪酸氧化，屬于氧化還原酶，不常用于手性拆分或合成。谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶、D-氨基轉(zhuǎn)移酶、甘油醛-3-磷酸脫氫酶均可參與或被改造用于不對(duì)稱合成或拆分。2.B解析：固定化酶的主要優(yōu)勢(shì)在于易于從液相反應(yīng)體系中分離和回收，便于重復(fù)使用，降低生產(chǎn)成本。其他選項(xiàng)并非固定化酶的主要優(yōu)勢(shì)，甚至可能相反（如比游離酶穩(wěn)定性可能降低，但選擇性好）。3.B解析：最小反應(yīng)體積（Microreactor）技術(shù)通過極小的反應(yīng)通道，極大地增加了傳質(zhì)效率，使得反應(yīng)在接近平衡狀態(tài)下進(jìn)行，從而顯著縮短反應(yīng)時(shí)間，提高生產(chǎn)強(qiáng)度（空間時(shí)間產(chǎn)量）。4.C解析：撲熱息痛（對(duì)乙酰氨基酚）的手性純化（拆分）曾是化學(xué)催化的難題，后來通過固定化酶（如轉(zhuǎn)氨酶）或固定化細(xì)胞技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境友好的工業(yè)生產(chǎn)，是生物催化應(yīng)用的經(jīng)典案例。其他選項(xiàng)雖是重要藥物，但生物催化應(yīng)用并非如此典型或早期。5.B解析：整細(xì)胞催化的主要限制在于細(xì)胞本身可能不如純酶穩(wěn)定，且細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜的代謝過程可能導(dǎo)致副反應(yīng)，產(chǎn)物分離也相對(duì)復(fù)雜。酶成本（A）、產(chǎn)物分離難度（D）和單一反應(yīng)性（C）并非其主要限制因素。6.C解析：生物催化具有環(huán)境友好、條件溫和、高選擇性的優(yōu)點(diǎn)。選項(xiàng)C說法錯(cuò)誤，生物催化產(chǎn)物通常結(jié)構(gòu)明確，后處理相對(duì)簡(jiǎn)單，與化學(xué)合成需要復(fù)雜重結(jié)晶或衍生化處理不同。7.C解析：通過基因工程改造微生物基因組，使其高效表達(dá)外源工業(yè)酶或改造自身酶系，以獲得高產(chǎn)、高選性的酶源，這正是酶工程改造的核心內(nèi)容。8.B解析：在評(píng)估催化劑和生產(chǎn)能力時(shí)，常用“體積催化活性”或“空間產(chǎn)量”，即單位體積催化劑在單位時(shí)間內(nèi)能處理多少摩爾底物，其中底物濃度（摩爾/升）是衡量單位體積內(nèi)底物量最直接的指標(biāo)。9.D解析：吸附法、共價(jià)結(jié)合法和包埋法都是常見的酶固定化技術(shù)。交聯(lián)法雖然也用于固定酶，但通常指使用交聯(lián)劑使酶分子自身或酶分子間形成共價(jià)網(wǎng)絡(luò)，更常用于制備水凝膠等，作為獨(dú)立固定化技術(shù)分類不如前三者普遍。10.C解析：生物催化通常在近中性的水相中利用可再生、環(huán)境友好的酶作為催化劑，減少了有機(jī)溶劑的使用和排放，符合綠色化學(xué)的原則。其他選項(xiàng)描述與生物催化的綠色特性不符。二、填空題（每空1分，共15分）1.酶；微生物2.可重復(fù)使用；穩(wěn)定性3.活性中間體；手性化合物；核酸類似物4.結(jié)構(gòu)；代謝5.區(qū)域選擇性6.溫度；濃度；攪拌7.抑制；催化劑壽命三、名詞解釋（每題3分，共15分）1.生物催化：指利用酶或微生物作為催化劑，在生物或類生物條件下催化化學(xué)反應(yīng)的技術(shù)。2.固定化酶：指將酶分子通過物理或化學(xué)方法固定在固相載體上或形成水凝膠等不溶性基質(zhì)，使其仍保持催化活性，并可重復(fù)使用的技術(shù)。3.整細(xì)胞催化：指利用經(jīng)過篩選或改造的微生物細(xì)胞作為整體催化劑來催化特定反應(yīng)的技術(shù)。細(xì)胞內(nèi)的多種酶和輔因子協(xié)同作用。4.手性催化：指利用手性催化劑（如手性酶）促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，使底物轉(zhuǎn)化為特定構(gòu)型（手性）產(chǎn)物的催化過程，是獲得手性藥物關(guān)鍵的技術(shù)。5.基因工程：指通過分子生物學(xué)技術(shù)，對(duì)生物體的遺傳物質(zhì)（DNA或RNA）進(jìn)行人為修飾或改造，以改變其遺傳性狀或獲得有用物質(zhì)的技術(shù)。四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述生物催化相比化學(xué)催化在制藥工業(yè)中的主要優(yōu)勢(shì)。解析思路：從環(huán)境、條件、選擇性、效率、成本等方面比較。強(qiáng)調(diào)生物催化條件溫和（水相、室溫、低壓）、環(huán)境友好（低能耗、少?gòu)U物、可再生酶）、高選擇性（區(qū)域、立體、立體化學(xué)特異性）、轉(zhuǎn)化數(shù)高（可達(dá)平衡）、對(duì)復(fù)雜底物適應(yīng)性等優(yōu)勢(shì)。可適當(dāng)提及特定反應(yīng)化學(xué)方法難以實(shí)現(xiàn)。2.簡(jiǎn)述固定化酶的主要方法及其至少一種優(yōu)缺點(diǎn)。解析思路：列舉幾種主要方法：吸附法（簡(jiǎn)單、成本低但不可逆、易脫落）、共價(jià)結(jié)合法（不可逆、穩(wěn)定性好、成本較高）、包埋法（保護(hù)性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、但傳質(zhì)受限、酶活回收率不高）、交聯(lián)法（交聯(lián)劑影響、后處理復(fù)雜）。選擇其中一種方法，簡(jiǎn)述其原理，并說明其主要優(yōu)點(diǎn)（如重復(fù)使用、穩(wěn)定性提高）和至少一個(gè)缺點(diǎn)（如酶利用效率、制備復(fù)雜度等）。3.簡(jiǎn)述生物催化工藝開發(fā)的主要步驟。解析思路：概述從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)化的流程。包括：①酶源篩選與鑒定（微生物、動(dòng)植物）；②酶的分離純化；③基因工程改造（提高活性、穩(wěn)定性、特異性）；④催化方法學(xué)研究（固定化、反應(yīng)條件優(yōu)化）；⑤工藝放大（反應(yīng)器設(shè)計(jì)、分離純化工藝）；⑥經(jīng)濟(jì)性評(píng)估。強(qiáng)調(diào)這是一個(gè)迭代優(yōu)化的過程。4.生物催化技術(shù)在手性藥物合成中有哪些主要應(yīng)用？解析思路：列舉幾個(gè)典型應(yīng)用領(lǐng)域。如：①外消旋體拆分（利用酶對(duì)對(duì)映異構(gòu)體的不同催化活性）；②非對(duì)稱合成（利用手性酶催化親核加成、氧化還原等反應(yīng)）；③立體化學(xué)轉(zhuǎn)化（如酶促異構(gòu)化、環(huán)化等）。可結(jié)合具體藥物實(shí)例（如撲熱息痛拆分、氯霉素不對(duì)稱合成等）。五、論述題（10分）結(jié)合一個(gè)具體的生物催化制藥實(shí)例，分析其工藝流程、關(guān)鍵技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性考量。解析思路：選擇一個(gè)具體、清晰的實(shí)例，如撲熱息痛外消旋體酶法拆分。首先簡(jiǎn)述該藥物的重要性及傳統(tǒng)拆分方法的局限性（如化學(xué)拆分效率低、毒性大）。然后詳細(xì)描述生物催化工藝流程：①外消旋撲熱息痛溶液的制備；②使用固定化轉(zhuǎn)氨酶（如固定化E.Coli細(xì)胞）進(jìn)行拆分反應(yīng)；③分離純