2025年大學(xué)《生物技術(shù)》專業(yè)題庫——酵素工程技術(shù)在生物制藥中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題1.酶工程技術(shù)的核心目標(biāo)是按照人們的意愿，改造或創(chuàng)造酶的，或改變酶的，使其更適應(yīng)生物制藥工業(yè)的生產(chǎn)要求。2.利用基因工程技術(shù)改造微生物，使其能夠高效產(chǎn)生特定藥物前體，屬于酶工程應(yīng)用的方面。3.固定化酶技術(shù)是指將酶與相分離，并使其保持一定活性狀態(tài)的技術(shù)方法。4.在生物藥物生產(chǎn)中，生物反應(yīng)器是提供酶或細(xì)胞生長和代謝所需的，并對反應(yīng)過程進(jìn)行精確控制的設(shè)備。5.親和層析是一種利用酶與其特定結(jié)合的原理，從復(fù)雜混合物中分離純化目標(biāo)生物藥物的層析技術(shù)。6.蛋白質(zhì)工程通過修改基因序列，改變酶的，以獲得更理想的功能特性。7.酶在生物合成中的催化效率極高，通常比化學(xué)催化劑高，且反應(yīng)條件更溫和。8.將酶固定在載體上，可以顯著提高酶的，延長其使用壽命，并便于回收利用。9.利用酶的特異性，可以開發(fā)出高靈敏度的生物傳感器，用于生物藥物的定量分析。10.微生物發(fā)酵工程是酶工程在生物制藥中應(yīng)用的基礎(chǔ)，通過優(yōu)化發(fā)酵條件可以提高酶或目標(biāo)藥物的。二、名詞解釋1.酶工程2.代謝工程3.固定化酶4.生物反應(yīng)器5.蛋白質(zhì)工程三、簡答題1.簡述利用酶工程技術(shù)改造酶的性質(zhì)的主要方法。2.與游離酶相比，固定化酶在生物制藥生產(chǎn)中具有哪些優(yōu)勢？3.解釋酶在生物藥物純化過程中發(fā)揮作用的基本原理。4.簡述代謝工程在抗生素生產(chǎn)中的應(yīng)用。四、論述題1.論述酶工程技術(shù)在生產(chǎn)多肽或蛋白質(zhì)類生物藥物中的應(yīng)用及其面臨的挑戰(zhàn)。2.結(jié)合具體實例，論述固定化酶技術(shù)在生物制藥連續(xù)化生產(chǎn)中的意義。3.分析酶工程技術(shù)在未來生物制藥領(lǐng)域可能的發(fā)展趨勢和前景。五、案例分析題某制藥公司計劃利用重組大腸桿菌生產(chǎn)一種治療糖尿病的酶促合成人胰島素類似物。請簡述在此項目中，酶工程技術(shù)可能涉及哪些環(huán)節(jié)？并說明每環(huán)節(jié)中酶工程技術(shù)發(fā)揮的作用。試卷答案一、填空題1.活性中心構(gòu)象2.代謝工程3.載體4.物理和化學(xué)環(huán)境5.配體6.結(jié)構(gòu)7.10^7~10^13倍8.工作穩(wěn)定性9.含量10.產(chǎn)量二、名詞解釋1.酶工程：是指綜合運用微生物學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)以及化學(xué)工程等多種學(xué)科的基本原理，通過改造酶的結(jié)構(gòu)或利用酶的催化功能，為工業(yè)生產(chǎn)或社會生活創(chuàng)造新的酶制劑或設(shè)計新的生物生產(chǎn)過程，是一門應(yīng)用科學(xué)。2.代謝工程：是指在代謝網(wǎng)絡(luò)分析的基礎(chǔ)上，通過基因工程技術(shù)、蛋白質(zhì)工程等手段，對細(xì)胞內(nèi)的代謝途徑進(jìn)行修飾、改造或引入新的代謝途徑，以達(dá)到高效生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物（如藥物、能源或化學(xué)品）的目的。3.固定化酶：是指將酶與水不溶性載體結(jié)合，使其從溶液中分離出來，但仍保持其催化活性的技術(shù)。常用的方法有包埋法、吸附法、共價結(jié)合法等。4.生物反應(yīng)器：是進(jìn)行生物反應(yīng)的專用設(shè)備，為生物催化劑（酶或細(xì)胞）提供適宜的生長、代謝或催化的環(huán)境條件（如溫度、pH、溶氧、營養(yǎng)物質(zhì)等），并對反應(yīng)過程進(jìn)行監(jiān)測和控制，以獲得高效率、高產(chǎn)量和高品質(zhì)的目標(biāo)產(chǎn)物。5.蛋白質(zhì)工程：是在基因工程的基礎(chǔ)上，根據(jù)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系，通過修改基因序列（點突變、缺失、插入等），改變蛋白質(zhì)的氨基酸序列，從而改造或創(chuàng)造具有特定性質(zhì)（如提高活性、改變穩(wěn)定性、改變底物特異性等）的新型蛋白質(zhì)（酶）的技術(shù)。三、簡答題1.簡述利用酶工程技術(shù)改造酶的性質(zhì)的主要方法。解析思路：此題考察對酶工程核心技術(shù)的理解。改造酶性質(zhì)通常圍繞其活性、穩(wěn)定性、底物特異性等。主要方法應(yīng)從分子水平入手。答案要點：①基因工程：通過基因突變（如定點突變、隨機誘變）、基因重組等手段改變編碼酶的基因序列，從而改變酶的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。②蛋白質(zhì)工程：在基因工程基礎(chǔ)上，根據(jù)氨基酸與功能的關(guān)系，有目的地設(shè)計基因修飾，定點改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。③酶分子融合：將酶與其他蛋白（如穩(wěn)定域、信號肽）融合表達(dá)，賦予酶新的性質(zhì)（如提高穩(wěn)定性、便于純化等）。④酶固定化：通過物理或化學(xué)方法將酶固定在載體上，改變其存在狀態(tài)，間接影響其穩(wěn)定性、反應(yīng)選擇性等。2.與游離酶相比，固定化酶在生物制藥生產(chǎn)中具有哪些優(yōu)勢？解析思路：此題考察固定化酶技術(shù)的優(yōu)點。應(yīng)從酶的應(yīng)用角度，對比游離酶的缺點來闡述固定化酶的優(yōu)勢。答案要點：①提高穩(wěn)定性：固定化酶與載體結(jié)合，減少了酶與不良環(huán)境（如有機溶劑、高溫、強酸強堿）的直接接觸，或限制了酶的自溶，從而提高了酶的穩(wěn)定性。②易于回收和重復(fù)使用：固定化酶可以與反應(yīng)底物和產(chǎn)物分離，便于回收和儲存，多次使用可降低生產(chǎn)成本。③改善反應(yīng)動力學(xué)：固定化酶可能提高酶的局部濃度，減少傳質(zhì)限制，提高反應(yīng)速率。④便于實現(xiàn)反應(yīng)器小型化和連續(xù)化生產(chǎn)：固定化酶易于裝填于不同形式的反應(yīng)器中，易于實現(xiàn)連續(xù)攪拌反應(yīng)或固定床反應(yīng)，提高生產(chǎn)效率。⑤改善純化過程：可與產(chǎn)物一同被固定化載體捕獲，簡化下游純化步驟。3.解釋酶在生物藥物純化過程中發(fā)揮作用的基本原理。解析思路：此題考察酶在下游加工中的應(yīng)用。核心在于利用酶結(jié)構(gòu)的特異性。答案要點：①親和層析：利用酶與其特異性配體（如抗體、特定小分子化合物）之間的可逆結(jié)合作用，將含有目標(biāo)酶的混合物通過填充有配體的層析柱，目標(biāo)酶被特異性吸附，其他雜蛋白流走，然后用洗脫液將目標(biāo)酶洗脫下來，實現(xiàn)分離純化。②酶促反應(yīng)純化：在某些情況下，可以通過酶促反應(yīng)將目標(biāo)蛋白轉(zhuǎn)化為具有不同物理化學(xué)性質(zhì)的衍生物，再利用其他層析方法（如離子交換、凝膠過濾）進(jìn)行分離純化。4.簡述代謝工程在抗生素生產(chǎn)中的應(yīng)用。解析思路：此題考察代謝工程的具體應(yīng)用實例。需結(jié)合抗生素的生物合成途徑。答案要點：①調(diào)控關(guān)鍵酶活性：通過基因改造降低代謝途徑中競爭性抑制物或副產(chǎn)物的合成關(guān)鍵酶的活性，將代謝流導(dǎo)向主產(chǎn)物（抗生素）的合成。②改造代謝網(wǎng)絡(luò)：刪除或改造與抗生素合成無關(guān)或產(chǎn)生有害副產(chǎn)物的代謝分支，構(gòu)建更高效的抗生素合成途徑。③調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運系統(tǒng)：改造細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)運蛋白，提高抗生素合成前體物質(zhì)的攝取或目標(biāo)抗生素的輸出效率。④優(yōu)化發(fā)酵條件：結(jié)合基因工程改造，進(jìn)一步優(yōu)化培養(yǎng)基組成、培養(yǎng)溫度、pH、通氣量等發(fā)酵條件，最大化抗生素產(chǎn)量。四、論述題1.論述酶工程技術(shù)在生產(chǎn)多肽或蛋白質(zhì)類生物藥物中的應(yīng)用及其面臨的挑戰(zhàn)。解析思路：此題要求深入探討酶工程在復(fù)雜生物藥物生產(chǎn)中的應(yīng)用。需結(jié)合多肽/蛋白質(zhì)合成特點（通常由多個酶催化）和酶工程手段（菌種改造、酶優(yōu)化、固定化等）展開論述，并分析實際困難。答案要點：應(yīng)用：①多肽/蛋白質(zhì)合成途徑構(gòu)建：利用基因工程將編碼目標(biāo)多肽/蛋白質(zhì)合成酶（如氨基酰-tRNA合成酶、肽合成酶、翻譯延伸因子等）的基因克隆到宿主（如細(xì)菌、酵母、哺乳動物細(xì)胞）中，構(gòu)建表達(dá)系統(tǒng)。②酶活性優(yōu)化：通過蛋白質(zhì)工程改造宿主細(xì)胞來源的氨基酰-tRNA合成酶等，提高其與異源氨基酸的識別準(zhǔn)確性，減少錯誤翻譯。③固定化酶/細(xì)胞反應(yīng)器：將參與合成或修飾的酶（如轉(zhuǎn)氨酶、糖基轉(zhuǎn)移酶）固定化，或?qū)⒄麄€細(xì)胞固定化，用于連續(xù)化生產(chǎn)，提高效率和純化便利性。④工程菌/細(xì)胞優(yōu)化：通過代謝工程、誘變育種等方法，構(gòu)建高產(chǎn)、高正確性、高表達(dá)量的工程菌株/細(xì)胞。面臨的挑戰(zhàn)：①錯誤翻譯問題：異源蛋白質(zhì)在宿主中可能被錯誤翻譯，導(dǎo)致蛋白質(zhì)折疊異常、功能喪失或免疫原性增加。②后翻譯修飾復(fù)雜：真核生物來源的蛋白質(zhì)往往需要復(fù)雜的翻譯后修飾（糖基化、磷酸化、乙?；龋?，在原核或酵母中難以完全模擬，需改造宿主細(xì)胞或引入特定酶系。③酶學(xué)效率與平衡：多步酶促反應(yīng)需協(xié)同優(yōu)化，提高整體合成效率，避免中間產(chǎn)物積累或副反應(yīng)發(fā)生。④成本控制：復(fù)雜酶工程改造、大規(guī)模發(fā)酵和純化過程成本較高。2.結(jié)合具體實例，論述固定化酶技術(shù)在生物制藥連續(xù)化生產(chǎn)中的意義。解析思路：此題要求結(jié)合實例，闡述固定化酶在連續(xù)化生產(chǎn)模式下的優(yōu)勢。應(yīng)先說明連續(xù)化生產(chǎn)的優(yōu)點，再結(jié)合固定化酶的特性說明其如何促進(jìn)連續(xù)化。答案要點：意義：固定化酶技術(shù)是實現(xiàn)生物制藥連續(xù)化生產(chǎn)的關(guān)鍵支撐之一。連續(xù)化生產(chǎn)相比分批式生產(chǎn)，具有生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品純度高、占地少、能耗低、過程控制易于自動化等優(yōu)點。固定化酶的特性使其特別適合連續(xù)化應(yīng)用。實例與說明：①親和純化固定床：在多肽或蛋白質(zhì)藥物的純化中，將特異性配體固定在載體上制成親和層析柱，樣品溶液連續(xù)流過柱子，目標(biāo)蛋白特異性結(jié)合被捕獲，雜蛋白流走，洗脫液洗下目標(biāo)蛋白，可實現(xiàn)24小時不間斷純化。②固定化酶膜反應(yīng)器：將固定化酶涂覆或集成在膜表面，形成膜反應(yīng)器。底物溶液流過膜表面與酶接觸發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)物通過膜孔排出，酶則留在膜表面。可用于氨基酸、核苷酸等小分子藥物的連續(xù)生產(chǎn)或轉(zhuǎn)化。③固定化酶流體化床反應(yīng)器：將固定化酶顆粒在流化狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)，傳質(zhì)效率高，反應(yīng)混合物易于分離。這些固定化酶系統(tǒng)可以實現(xiàn)反應(yīng)與分離的集成，簡化工藝流程，提高整體生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性，是連續(xù)化生產(chǎn)的重要形式。3.分析酶工程技術(shù)在未來生物制藥領(lǐng)域可能的發(fā)展趨勢和前景。解析思路：此題考察對學(xué)科前沿的展望。應(yīng)基于當(dāng)前技術(shù)熱點和發(fā)展方向進(jìn)行預(yù)測。答案要點：①合成生物學(xué)與酶工程深度融合：利用合成生物學(xué)方法精確設(shè)計和構(gòu)建具有特定功能的酶或代謝通路，實現(xiàn)更高效、更專一的酶催化應(yīng)用。②定向進(jìn)化與蛋白質(zhì)工程智能化：結(jié)合高通量篩選、機器學(xué)習(xí)等手段，加速酶的定向進(jìn)化過程，更精準(zhǔn)地改造酶的結(jié)構(gòu)和功能，例如提高熱穩(wěn)定性、耐受有機溶劑、改變催化譜等。③新型固定化技術(shù)：開發(fā)環(huán)境友好、負(fù)載量高、傳質(zhì)性能優(yōu)異的固定化方法（如納米材料固定、仿生材料固定、酶微膠囊化等），進(jìn)一步提升固定化酶的性能和應(yīng)用范圍。④酶催化綠色化學(xué)：隨著可持續(xù)發(fā)展要求提高，酶工程將更廣泛應(yīng)用于替代傳統(tǒng)化學(xué)合成方法，實現(xiàn)生物基、環(huán)境友好的藥物合成路線。⑤人工智能輔助酶應(yīng)用：利用AI預(yù)