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《微生物工程》期末复习资料


《微生物工程》复习题型资料
一、名词解释: 1.代谢工程:代谢工程是指利用基因工程技术,定向地对细胞代谢途径进行修饰、改 造,以改变微生物代谢特性,并与微生物基因调控、代谢调控及生化工程相结合,构建新的 代谢途径,生产新的代谢产物的工程技术领域。 2.末端产物阻遏:指由于某代谢途径末端产物的过量累积而引起的阻遏,如在嘌呤、 嘧啶和氨基酸的生物合成。 3.分解代谢产物阻遏:当微生物在含有两种能够分解底物的培养基中生长时,利用快 的那种分解底物会阻遏利用慢的底物的有关酶的合成的现象。 4.前体:被加入培养基后,能够直接在生物合成过程中结合到产物分子中去,而自身 的结构并未发生太大变化,却能提高产物产量的一类小分子物质。 5.促进剂:是一类刺激因子,它们并不是前体或营养,这类物质的加入或可以影响微 生物的正常代谢,或促进中间代谢产物的积累,或提高次级代谢产物的产量。 6.临界氧浓度:各种微生物的呼吸强度是不同的,并且呼吸强度是随着培养液中溶解氧浓度 的增加而加强,直到达到一个临界值为止。这个临界值称为“临界氧浓度”(不影响菌的呼 吸所允许的最低氧浓度称作临界氧浓度)

7.生理酸性物质: 无机氮源被菌体作为氮源利用后,培养液中就留下了酸性或碱性物质, 这种经微生物生理作用(代谢)后能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质,如硫酸胺. 8.生理碱性物质: 无机氮源被菌体作为氮源利用后, 培养液中就留下了酸性或碱性物质, 这 种经微生物生理作用(代谢)后能形成碱性物质的无机氮源叫生理碱性物质。
9.发酵热:发酵过程中释放出来的净热量,以 J/(m ·h)为单位,它是由产热因素和散热因素两方面所决定的.
3

Q发酵 = Q生物 + Q搅拌 ? Q蒸发 ? Q显 ? Q辐射

10.分批培养:指的是一次投料,一次接种,一次收获的间歇培养方式。 11.对数残留定律:对微生物进行湿热灭菌时,培养基中的微生物受热死亡的速率与残存的 微生物数量成正比,这就是对数残留定律。 -dN/dτ=κN N——培养基中活的微生物个数; τ——时间(s); κ——比死亡速率(s-1)(死亡速率常数) dN/dτ——微生物的瞬间变化率,即死亡速率。 12.弱化调节:当细胞内有色氨酸存在时,可使翻译过程在未到达终点之前,便有 80%~90% 的翻译终止的调节方式。 13.原生质体融合: 就是把两个亲本的细胞分别去掉细胞壁,获得原生质体,将两亲本的原 生质体在高渗条件下混合,由聚乙二醇(PEG)作为助融剂,使它们互相凝集,发生细胞质 融合,接着两亲本基因组由接触到交换,从而实现遗传重组。

14.连续培养:又称连续发酵,是在开放系统中进行的,指以一定的速率向发酵罐内添加新 鲜培养基,同时以相同的速度流出培养液,从而使发酵罐内的液量维持恒定,使培养物在近 似恒定的状态下生长的培养方法。 15.灭菌:就是使用物理或化学方法杀灭或去除物料或设备中一切有生命物质的过程。 16.热阻:微生物在某一特定条件下(主要是温度)的致死时间。 17.相对热阻:指某一微生物在某一条件下的致死时间与另一微生物在相同条件下的致死时 间之比。 18.连续灭菌:是将配制好的培养基在高温快速的情况下,向发酵罐输送的同时经过加温、 保温、冷却的过程,进行灭菌的. 19.惯性碰撞的临界速度: 气流速度下降到微粒的惯性力不足以使微粒脱离主导气流对纤维 产生的碰撞,这时的气流速速称为惯性碰撞的临界速度。 20.拦截滞留作用:气流速度降到临界速度以下,微粒不能因惯性碰撞而滞留于纤维上,捕 获效率显著下降。但随着气流速度的继续下降,纤维对微粒的捕获效率又有回升,对此现象 起作用的机制称为拦截滞留作用。 21.葡萄糖效应: 在葡萄糖没有被利用完之前, 乳糖操纵子就一直被阻遏, 乳糖不能被利用, 直到葡萄糖被利用完后,乳糖操纵子才进行转录,形成利用乳糖的酶,这种现象称葡萄糖效 应。

二、选择/填空: 1.微生物工程的发展简史: 1.传统的微生物发酵技术-天然发酵 2.第一代微生物发酵技 术-纯培养技术的建立 3.第二代微生物发酵技术-深层培养技术 4.第三代微生物发酵技术 -微生物工程 4.开拓发酵原料阶段 5.基因工程阶段 2.酶活性包括两个方面,即酶的激活作用和酶的抑制作用 。 3.微生物菌种分离纯化和筛选的步骤:标本采集→标本材料的预处理→富集培养→菌 种初筛→菌种复筛→性能鉴定→菌种保藏。 4.1928 年英国细菌学家弗莱明发现能够抑制葡萄球菌的点青霉, 其产物被称为青霉素. 5.原生质体融合的一般步骤:制备原生质体、原生质体融合、原生质体的再生、筛选 优良性状的融合重组子。 6.常用的菌种保藏方法:斜面保藏法、穿刺保藏法、液体石蜡法、沙土管干燥保藏法、 真空冷冻干燥保藏法、液氮保藏法、悬液保藏法、低温保藏法。 7.代谢调节的方式:主要有反馈抑制、反馈阻遏、酶的诱导调节、酶的共价修饰等。 8.阻遏作用:有利于生物体节省有限的养料和能量,阻遏的类型主要有末端代谢产物阻 遏和分解代谢产物阻遏两种。 9.酶合成调节的机制根据操纵子的调节方式不同可分为:单一效应物调节、两种效应物 的共同调节和弱化调节三种类型。

10.分支生物合成途径的调节:有同功酶调节、顺序反馈调节、协同反馈调节、累加反馈 调节、增效反馈调节、激活和抑制联合调节和酶的共价修饰等。

11.影响发酵温度的因素:有生物热、搅拌热、蒸发热、显热和辐射热等 4 种发酵热。 12.选择最适 PH 的原则: 既有利于菌体的生长繁殖, 又可以最大限度地获得高的产量。 13. 泡沬的消除和控制分为:机械消泡和消沬剂消沬。 14.下游加工过程可分为 4 个阶段:1.发酵液的预处理和固液分离;2.提取;3.精制;4.成品 加工。 15.常用的消泡试剂有哪些:①天然油脂;②高碳醇、脂肪酸和酯类;③聚醚类;④硅酮类; ⑤亚硫酸,磺酸盐. 使用最多的是天然油脂和聚醚类 16.谷氨酸发酵时,C:N=4:1 时,菌体大量繁殖,谷氨酸积累非常少;C:N=3:1 时, ,产生大量 谷氨酸,菌体繁殖受抑制。 17.培养基按照其用途可分为①孢子培养基;②种子培养基;③发酵培养基 18.灭菌的常用方法有①化学试剂灭菌②射线灭菌③干热灭菌④湿热灭菌⑤过滤除菌 19.按照能量输入的方式,可将好氧发酵罐分成三类:内部机械搅拌型、外部液体搅拌型和 空气喷射提升式发酵罐 20.抗生素按化学结构可分为:①β-内酰胺类抗生素(青霉素、头孢霉素)②氨基糖苷类抗 生素(链霉素、庆大霉素)③大环内酯类抗生素(红霉素)④四环类抗生素⑤多肽类抗生素

三、简答题 1.简述 PH 与 u 和 Qp 之间关系的四种模式图的所表达的含义及其在工业发酵中的指导意义

第一种情况是菌体的比生长速率(u)和产物的比生产速率(Qp)都有一个相似的并且较宽 的最适 PH 范围;第二种是 Qp 的最适 PH 范围很窄,而 u 的的范围较宽;第三种是 u 和 Qp 有相同的最适 PH 范围,但范围很窄,即对 PH 值的变化敏感;第四种,u 和 Qp 有各自的最 适 PH 范围。属于第一种情况的发酵过程比较易于控制,第二、三模式的发酵 PH 须要严格 控制,最后一种情况应该分别严格控制各自的最适 PH. 2.产黄青霉的生长发育六个阶段 (1)分生孢子的Ⅰ期(2)菌丝繁殖,原生质嗜碱性很 强,有类脂肪小颗粒发生Ⅱ期(3) 原生质嗜碱性仍很强,形成脂肪粒,积累贮藏物为Ⅲ期(4) 原生质嗜碱性很弱,脂肪粒很少,形成中、小空泡为Ⅳ期(5)脂肪粒消失,形成大空泡为 Ⅴ期(6)细胞内看不到颗粒,并有个别自溶细胞出现为Ⅵ期。 3.泡沬的消长规律:首先泡沫的产生与通气、搅拌的剧烈程度有关。泡沫随着通气量 和搅拌速度的增加而增加, 并且搅拌所引起的泡沫比通气来得大; 与培养基所用的原料性质 有关。蛋白质原料等是主要的发泡物质,期起泡能力随着品种、产地、贮藏加工条件和配比 不同。 糖类物质本身起泡能力很差, 但在丰富培养基中, 较高的糖类物质增加培养基的黏度, 而有利于泡沫的稳定; 培养基的灭菌方法也会改变培养基的性质, 从而影响培养基的的起泡 能力 4.原生质体融合的优越性:①受接合型和致育型的限制小,两亲株没有供体和受体之 分,有利于不同种属微生物的杂交。②重组频率高于其他杂交方法。③遗传物质的传递更加 充分、完善,既有核配又有质配。④可以采用温度、药物、紫外线等处理纯化亲株的一方或 双方,然后使其融合,筛选再生重组子菌落,提高筛选效率。⑤用微生物的原生质体进行诱 变,可明显提高诱变频率。 5.两种效应物的共同调节 原核生物中,分解酶合成的调节方式有的更为复杂,对它们的调控除需要效应物外,还需要 活化蛋白的参与调节。如乳糖操纵子的调节与大肠杆菌胞内 cAMP 的浓度有关。cAMP 与 cAMP 的受体蛋白(CRP)结合成复合物,然后起调节作用。CRP 不能单独与启动基因结 合,只有在与 cAMP 结合后发生自身构型变化,才能结合到启动基因上,促使 RNA 聚合酶

结合到启动基因的另一位点。如果此时有效应物存在,调节蛋白不能结合至操纵基因上,乳 糖操纵子的结构基因才能转录。当 cAMP 不存在或 CRP 不存在时,即使效应物存在,RNA 聚合酶也不能结合到启动基因上,不能使结构基因转录和表达。 6.获取氨基酸超产菌株的策略: ①提高合成代谢酶的活性②提高反馈调节的控制③阻断产生 不需要的负产物的途径④阻断目标产物降解的途径⑤限制 L-谷氨酸的直接前体羰基戊二酸 转化为三羧酸循环中下一个中间产物琥珀酸 CoA 的能力 7.纯种培养需采取的措施: ①使用的培养基和设备必须经灭菌②好气培养过程中使用的空气 应经除菌处理③设备应严密, 生物反应器中要维持高于环境的压力④培养的过程中加入的物 料应经过灭菌⑤使用无污染的纯粹种子等 8.杂菌污染带来的不良后果①由于杂菌的污染,使生物反应的基质和产物,因杂菌的消耗而 损失, 造成生产能力下降②由于杂菌所产生的一些代谢产物, 或在杂菌生长后改变了发酵液 的某些理化性质,使产物的提取变得困难,造成收得率降低,或使产品质量下降③污染的杂 菌可能会分解产物,而使生产失败④污染的杂菌大量繁殖,会改变反应介质的 PH,从而使 生物反应发生异常变化⑤发生噬菌体污染,微生物细胞被裂解,而使生产失败等。

四.论述题 1.简述色氨酸调节机制
色氨酸操纵子(tryptophane operon)负责色氨酸的生物合成, 当培养基中有足够的色氨酸时, 这个操纵子自动关闭,缺乏色氨酸时操纵子被打开,trp 基因表达,色氨酸或与其代谢有关 的某种物质在阻遏过程(而不是诱导过程)中起作用。由于 trp 体系参与生物合成而不是降 解,它不受葡萄糖或 cAMP-CAP 的调控。 色氨酸的合成分 5 步完成。每个环节需要一种酶,编码这 5 种酶的基因紧密连锁在一起, 被转录在一条多顺反子 mRNA 上,分别以 trpE、trpD、trpC、trpB、trpA 代表,编码了邻氨 基苯甲酸合成酶、邻氨基苯甲酸焦磷酸转移酶、邻氨基苯甲酸异构酶、色氨酸合成酶和吲哚 甘油-3-磷酶合成酶。

色氨酸操纵元的结构与阻遏蛋白的负性调控:合成色氨酸所需要酶类的基因 E、D、C、B、A 等头尾相接串连排列组成结构基因群,受其上游的启动子 Ptrp 和操纵子 o 的调控,调控基 因 trpR 的位置远离 P-o-结构基因群,在其自身的启动子作用下,以组成性方式低水平表达 其编码分子量为 47000 的调控蛋白 R,R 并没有与 o 结合的活性,当环境能提供足够浓度的 色氨酸时,R 与色氨酸结合后构象变化而活化,就能够与 o 特异性亲和结合,阻遏结构基因 的转录。因此这是属于一种负性调控的、可阻遏的操纵元(repressible operon),即这操 纵元通常是开放转录的,有效应物(色氨酸为阻遏剂)作用时则阻遏关闭转录。细菌不少生 物合成系统的操纵元都属于这种类型, 其调控可使细菌处在生存繁殖最经济最节省的状态。

衰减子及其作用: 当色氨酸达到一定浓度、 但还没有高到能够活化 R 使其起阻遏作用的程度 时,产生色氨酸合成酶类的量已经明显降低,而且产生的酶量与色氨酸浓度呈负相关

在 trp 操纵元中, 对结构基因的转录阻遏蛋白的负调控起到粗调的作用, 而衰减子起到细调 的作用

2.啤酒酿造加工的四个阶段 1.制麦:麦粒发芽→粗选→精选→ 浸麦→发芽 →绿麦芽 →烘干、除根 → 成 品麦芽 2.糖化和麦芽汁制备:包括含水发酵培养基的生产和酿造。麦芽及辅料→粉碎→ 糊化、糖化→过滤→煮沸→冷却→冷麦汁。全部麦芽制备需要花大约 5~8h. 3.酵母发酵:为非无菌分批方式,用一个筛选出来的啤酒酵母的酿造菌株作为种 子培养物。接种后的麦芽进行酒精发酵,产生乙醇、CO2 和一些提供风味和香味 的次级代谢产物,发酵根据生产啤酒的类型,一般经历 2~7 天。

4.后发酵处理:陈放或调整新鲜啤酒,为销售做准备,这可以经历一到几周时间 3.柠檬酸发酵(积累)机制 (1)Mn2+缺乏 Mn2+缺乏→抑制蛋白质的合成→细胞内 NH4+浓度升高,并产生 一条呼吸活力强而不产生 ATP 的侧系呼吸链→解除对 PFK 的代谢调节→EMP 途径 畅通; (2)丙酮酸羧化与氧化脱羧的平衡 丙酮酸+CO2 →草酰乙酸;(此反应为不可逆反应,不受代谢调控) 丙酮酸→乙酰 CoA+CO2 (3)柠檬酸合成酶不被调节 草酰乙酸+乙酰 CoA+H2O →柠檬酸(此反应为不可逆反应,不受代谢调控) (4)顺乌头酸水合酶的调节 柠檬酸:顺乌头酸:异柠檬酸=90:3:7 控制 Fe2+含量→顺乌头酸水合酶活力低→柠檬酸积累→抑制异柠檬酸脱氢酶活 性→促进柠檬酸的自身积累; (5)pH 值的作用 柠檬酸积累→pH 值下降→顺乌头酸水合酶和异柠檬酸脱氢酶失活→柠檬酸积累 →排出体外。


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