(共10张PPT)
第二节
酶在工业生产中的应用
多酶片说明书
【成份】每片含胰酶300毫克、胃蛋白酶13毫克,辅料为蔗糖。
【适应症】消化不良食欲缺乏。
【药理作用】胰酶中含有胰脂肪酶、胰淀粉酶、胰蛋白酶。胰脂肪酶能使脂肪分解为甘油及脂肪酸，胰淀粉酶能使淀粉转化为糖，胰蛋白酶能使蛋白质转化为多肽；胃蛋白酶能使蛋白质转化为多肽。二者合用，可促进消化，增进食欲。
细菌细胞直径不足2 m，每时每刻却发生着1500—2000个化学反应，生产着3000多种蛋白质，1000多种核酸；但其合成效率却惊人，它合成每个肽链只需百分之三秒，而现代最先进的蛋白质自动合成机器只能合成小肽，而且速度也慢，合成每个肽链需要7分钟，两者相差200多倍；另外细胞中能量转换效率也很高。
酶的优缺点
优点：
缺点：
高效性
专一性
反应条件温和
大多数的酶是蛋白质，在不适宜的条件下容易变性、失活，稳定性差，在某些方面的应用有局限性。
酶在生物体内的含量一般很低
问题１：酶在生物体内的含量一般很低，工业生产所用的酶是如何获得的？
问题２：酶特别“娇嫩”，对环境条件的要求较苛刻。这就给实际生产及应用造成麻烦。怎么解决这一问题呢？
问题３：酶催化反应结束后，酶和其他产物混合在一起，分离比较麻烦，这不仅影响产品的纯度，而且酶不能分离出来重复使用，也造成了浪费。
这个问题又是怎样解决呢？
问题４：有些酶，如氧化还原酶，转移酶，某些裂解酶，在催化相应反应时，需要特殊的辅助因子，如NAD+、NADH、NADP+、NADPH、FAD、FMA、ATP，以及金属离子等。因此，在酶催化反应时，需在反应系统中添加相关的辅助因子。辅酶一般十分昂贵，在酶催化的反应中不可能大量使用。
酶是生物界普遍存在，因而可以从动物、植物＼微生物等各种原料中提取酶，如从动物胰脏中可以提取胰蛋白酶＼淀粉酶＼核糖核酸酶，从木瓜中提取木瓜蛋白酶，从菠萝皮中提取菠萝蛋白酶．但动物、植物的来源总是有限的，不能适应生产上大量用酶的需要，所以目前工业上大多采用微生物发酵法来获得大量的酶制剂．此法的优点在于微生物人工培养不受气候、地理等条件的限制，繁殖速度快，还可以根据需要选育菌种来提高产酶率．
问题１：酶在生物体内的含量一般很低，工业生产所用的酶是如何获得的？
问题２：酶特别“娇嫩”，对环境条件的要求较苛刻。这就给实际生产及应用造成麻烦。怎么解决这一问题呢？
问题３：酶催化反应结束后，酶和其他产物混合在一起，分离比较麻烦，这不仅影响产品的纯度，而且酶不能分离出来重复使用，也造成了浪费。
这个问题又是怎样解决呢？
问题４：有些酶，如氧化还原酶，转移酶，某些裂解酶，在催化相应反应时，需要特殊的辅助因子，如NAD+、NADH、NADP+、NADPH、FAD、FMA、ATP，以及金属离子等。因此，在酶催化反应时，需在反应系统中添加相关的辅助因子。辅酶一般十分昂贵，在酶催化的反应中不可能大量使用。
请列举酶催化的反应有哪些优点和缺点？
酶催化反应的优点主要表现在以下几个方面。
1）酶催化的反应类型十分广泛。具有极其广泛的应用范围。
2）酶催化的反应具有极高的选择性（专一性），几乎没有副反应，反应的转化率和产率高。
3）酶催化的反应速度高。酶催化的反应速度大约比化学催化剂催化的反应速度高1010倍，因此，酶催化的反应时间短，设备利用率高，生产效率高。
4）酶催化的反应条件温和，一般是在常温、常压、近乎中性pH条件下反应，因此，能耗低，设备要求低，使用时间长，反应成本和操作成本低。
1）酶是蛋白质，在不适宜的条件下容易发生变性、失活，因此，在使用和保存酶时要十分小心，要尽可能保持适宜的条件。由于酶对温度、pH和有机溶剂敏感，稳定性差，使之在某些应用上受到限制。
2）绝大多数酶溶于水，催化反应结束后，多数酶还有活性，因而直接从反应液中将酶与产物分离回收十分困难。
3）有些酶，如氧化还原酶，转移酶，某些裂解酶，在催化相应反应时，需要特殊的辅助因子，如NAD+、NADH、NADP+、NADPH、FAD、FMA、ATP，以及金属离子等。因此，在酶催化反应时，需在反应系统中添加相关的辅助因子。辅酶一般十分昂贵，在酶催化的反应中不可能大量使用。
酶催化反应的缺点主要有以下几个方面。(共40张PPT)
第3节
生物工程药物和疫苗
生物工程是应用自然科学及工程学的原理，依靠微生物、动物、植物作为反应器将物料进行加工以提供产品为社会服务的技术。通常包括基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程四方面内容。
一、生物工程药物
基因工程药物
细胞工程药物
酶工程药物
发酵工程药物
1、基因工程药物
（1）基因工程药物的概念
基因工程药物是以重组DNA为核心技术，通过将一个生物体内有用的目的基因转移到另一个生物体中，并表达所需要的产物——药物的过程。
（2）转入基因的生物：
细菌
动物
植物
（3）基因工程药物的生产过程
获得目的基因
构建基因工程菌
工程菌大规模培养
分离提取目的产物
重组质粒
1、基因工程药物
干扰素的生产：
什么是干扰素？
传统方法：从人血液中的白细胞内提取
每300L血液才能提取1mg
基因工程：将干扰素基因转移到大肠杆菌中
每千克培养液可提取20-40
mg
干扰素口服无效，须注射给药，最初的主要作用是抗病毒，后来发现其有很重要的免疫调节作用。
1、基因工程药物
干扰素生产车间
(4)实例：大肠杆菌合成人胰岛素
（5）其他基因工程药物：
2、细胞工程药物
传统动植物药物具有高效、低毒、副作用少的特点。
野生药用植物越来越少，如何才能获得珍贵药材？
（1）细胞工程药物的概念
细胞工程药物是在细胞水平上的遗传操作，即通过细胞融合、核质移植、染色体移植等技术，改造并筛选特定的细胞株或细胞系，再通过规模培养获得药物的过程。
（2）植物细胞（组织）培养
细胞培养的人参愈伤组织
植物细胞（组织）培养流程
悬浮细胞培养
提取纯化
产物
脱分化：离体的植物器官、组织或细胞，在培养了一段时间后，会通过细胞分裂，形成愈伤组织。愈伤组织的细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。
收集细胞
药物制剂
通过植物组织培养的药物：奎宁、长春碱、洋地黄、紫草素、人参皂甙等
动物细胞（组织）培养
动物细胞融合
（3）单克隆抗体
概念：单个B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合后进行无性繁殖得到的化学性质单一，特异性强的抗体。
（3）单克隆抗体的制备
抗原刺激
B淋巴细胞
浆细胞
骨髓瘤细胞
融合
筛选
杂交瘤细胞
扩增
体内（外）培养
单克隆抗体
小结：
单克隆抗体的特点：
特异性强、灵敏度高
应用：单克隆抗体诊断试剂盒
现在人们所说的生物药物，是泛指包括生物制品在内的生物体的初级和次级代谢产物及生物体的某一组成部分，甚至整个生物体用作诊断和治疗疾病的医药品。例如，从动、植物中提取生化药物，利用微生物发酵或动植物细胞组织培养，转化生产的药物。而生物工程药物，一般是指利用DNA重组技术，或其他生物工程生产的药物，包括基因工程药物、酶工程药物、动植物细胞工程药物等。其品种主要包括用于预防疾病的疫苗、疫情检测和临床诊断的试剂、治疗疾病的药物等。当然，生物工程药物也属于生物药物。
生物技术制药与传统的生物制药有内在联系，同时又有明显区别。传统的生化制药，采用普通技术，从动物或植物中提取药物不属于生物技术制药，如传统中药和从动物组织、器官或血液中提取生化药物。但是，利用生物技术也可以生产传统生物制药的产品。
二、基因工程疫苗
1、疫苗的概念：是一类接种后能激发人体免疫反应来抵抗某些传染病的生物制品。
作用：疫苗是一种特殊的药物，它不是用于治疗疾病，而是用于预防疾病。
传统疫苗
灭活疫苗
减毒疫苗
新型疫苗
基因工程疫苗
核酸疫苗
生物工程疫苗主要是指基因工程疫苗
2、类型：
亚单位疫苗
减毒疫苗
概念：
优点：一般只需接种一次，接种量少，免疫持续的时间长，效果好。
缺点：保留一定的残余毒力，对免疫缺陷者可引起严重感染；个别活疫苗在应用过程中有毒力回升现象；制作时，如果减毒不够会造成被接种者严重感染；过度减毒又会造成免疫原性不足或丧失，失去活疫苗的作用；减毒疫苗需低温保存和运输。
常见减毒疫苗：
灭活疫苗
概念：
优点：制备简单，保存时间较长，相对较安全。
缺点：免疫力较差，接种剂量较大且需多次接种。
常见灭活疫苗：
亚单位疫苗
用天然微生物的某些成分的亚单位作为疫苗的，称为亚单位疫苗
3、基因工程疫苗的生产
优点：可删除细菌和病毒中抗原物质的基因或基因片断。
生产过程：将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的宿主细胞，进行表达，获得的表达产物就可以作为疫苗。
例如，乙型肝炎抗体疫苗，就是将乙肝病毒表面基因转入酵母或动物细胞，构建乙型肝炎病毒表面抗原基因的工程菌，然后将它在发酵罐中进行大规模培养。一般每升酵母发酵液中可产出50～100mg具有免疫活性的表面抗原蛋白，经分离、提纯后，用福尔马林和氢氧化铝吸附，制成乙肝疫苗。
人们甚至将乙肝抗原基因转到西红柿中，经栽培，获得转乙肝抗原基因西红柿，食用后可预防乙肝。
全球生物医药产业发展迅猛
生物药品的销售呈现较快的增长。上世纪90年代以后，全球生物药品销售额以年均30%的速度增长，这个速度大大高于全医药行业年均不到10%的增长速度。
生物药品销售额占整个医药行业销售额的比例不断提高，从1995年的不足4%提高到2000年的9%。如2000年全球生物技术产品总额突破600亿美元，年增长率超过20%，其中EPO和CG-CSF的单品种销售额均超过10亿美元。
另一方面，生物医药技术的研发投入不断增加。以美国为例，生物医药研究研发领域的人均投入为其他工业领域的10倍。
发展的有利条件
我国生物制药产业与国外几乎是同时起步，差距较小。
我国具有一支接受过现代生命科学基础训练并且从事过高层次研究的“海外军团”。据统计，改革开放以来的32万名留学生中，学习生命科学的接近60%。
加入WTO后，跨国公司竞相在华建立研发基地。
国家出台了一系列政策，扶植生物制药产业，地方政府也纷纷将生物制药确立为支柱产业。
目前国家推行的药品生产强制认证制度也有利于生物制药发展。
发展的前景
我国生物制药产业的增长速度逐年加快，2000年生物制药的销售增长率达到21.6%，大大高于医药行业的12%的增长速度。
目前我国能够生产21种生物医药，世界上销售额排名前10位的生物医药中，我国能生产8种。
我国投入临床研究的生物医药项目有近150个，其中有10种产品有望成为国家一类新药。
随着人们生活水平的提高（随之带来的是药品消费能力的提高）加上生物制药企业市场销售网络的完善及每年约1-2个新品种投入市场，预计生物制药业每年保持20-25%的年增长速度是完全可能的，按此测算，到2005年，我国生物制药的市场销售收入将达到130-150亿元，毛利将达40-48亿元。
领 域
开发药物品种
领 域
开发药物品种
单克隆体
78
人生长激素
5
疫苗
62
组织纤溶酶原激活剂
4
基因治疗
28
凝血因子
3
白介素
11
集落细胞刺激因子
3
干扰素
10
促红细胞生成素
2
生长因子
10
SOD
1
重组可溶性受体
6
其他
56
反义药物
6
总数
284
正在研究开发的生物技术药物类型
生物技术产业的发展
根据国际著名咨询公司安永会计师事务所(Ernst &Young)统计，2002年全球有超过300种生物技术制品进入末期临床，比2001年增加50%；研发投入增长34%，达到220亿美元；全球4362个生物技术公司（包含上市公司）的利润总额上升15%，达到413亿美元。
尽管总体形势良好，但是产业内部仍涌动着一些暗流：全球生物技术公司亏损幅度有所提高，亏损总额达到120亿美元，比去年提高116%；美国318家上市公司的1/3、欧洲102家上市公司的20%，手里掌握的现金尚不足以支撑一年。
疫苗的基本成分包括抗原、佐剂、防腐剂及其他活性成分。
抗原是疫苗最主要的成分，决定疫苗的免疫性能。抗原必须是机体以外的物质，进入机体后能够有效激发机体的免疫反应。作为抗原的生物活性物质有：灭活的细菌或病毒，通过多次传代得到的减毒细菌或病毒，病毒或细菌的提纯物，有效的蛋白成分，类病毒，细菌多糖，合成多肽，以及近年来发展的DNA疫苗等。
佐剂是能够增强抗原的特异性免疫应答的物质，它应该无毒、安全，并且稳定，比如油制佐剂。
防腐剂是保证疫苗在储存期不会被微生物污染，防止造成严重问题的物质，大多数是化学防腐剂。稳定剂是为保证作为抗原的病毒或其他微生物能够存活和维持其免疫活性稳定的物质，往往都是糖类，如乳糖、山梨醇等。
另外，疫苗在制备时还需要加入适当的缓冲剂、盐类等无活性的成分。构成疫苗的所有成分和含量必须不影响疫苗的效力、纯度和安全性，因此都有严格的质量标准。
生物技术产业的发展
2001年中期我国的生物制药平均每股净资产同比增长速度为36.21%，平均净利润同比增长为5.76%。而到了2003年，生物制药板块可以说是“受害”最深的板块，甚至可以用泡沫破碎来形容。10家公司中，一度出现过这样的市情：股价在8—10元区间的只剩下天坛生物、四环药业、北生药业和北大高科4家；而股价在6—8元区间的只有海王生物1家；吉林省的3只生物制药股与四环生物、金花股份都跌到6元以下。形势告急。
由于我国生物制药业以仿制国外产品为主，企业自身没有投入高额的研发费用，因此，从整体上来看，我国生物制药业才没有出现全行业的亏损状况。然而股市是市场的晴雨表，不断下挫的股市至少说明生物医药产业高投入产出周期长的特点还没有得到投资者的普遍重视。
2003年的“非典”一定给大家留下了很深的印象吧。大家知不知道“非典型肺炎”元凶是什么呢？
从社会中来
在SARS病毒全基因组的测序中发现，SARS病毒由一种相对稳定的RNA病毒特有蛋白质和另外五种蛋白质组成。它在人体外一般存活数小时，但在人类排泄物中存活长达4天，在零摄氏度时甚至可以无限期存活。
冠状病毒
2、SARS疫苗用于人体临床研究还要经过有关伦理委员会的批准，这是为什么？这是为了保障受试者的权益并确保试验的科学性和可靠性。
请同学们阅读课本“从生活中来”，并思考以下问题：
1、我国在这项研究中处于领先地位，国家的高度重视、科学家的献身精神无疑是重要的因素。还有其他原因吗？
这是为了保障受试者的权益并确保试验的科学性和可靠性。受试者的权益、安全和健康必须高于对科学和社会利益的考虑。SARS疫苗用于临床，要经过伦理委员会批准和与受试者签定知情同意书，是保障受试者权益的主要措施。
我国是SARS疫情的主要发生地，对于疫苗的研制具有别国所没有的迫切性；同时在取得毒株、抗血清等方面拥有一定的便利条件；我国在研制灭活疫苗方面拥有较强的科研和生产能力。
曾有专家预言，芯片技术、医药和生物工程这三个领域将是21世纪头30-40年发展最快的领域，是世界经济发展的火车头。
3、基因工程疫苗
（1）疫苗概念
疫苗是一类接种后能激发人体免疫反应来抵抗某些传染病的生物制品。
我国早在宋朝真宗时期(998～1023年)就开始从症状轻微的天花病人身上取得疱浆，人工接染到健康儿童，使之产生轻微症状的感染，从而获得免疫力，避免引起严重天花和造成死亡。后来这一方法经阿拉伯人传到欧洲，1721年传入英国。英国医生詹纳注意到感染牛痘的人不会感染天花。经过多次实验，詹纳于1796年，从一挤奶女工感染牛痘的豆疱中取出疱浆，给一个8岁的男孩接种在手臂上。后来再给男孩接种天花疱浆，这个男孩并没有染上天花，证明该男孩对天花确实具有免疫力。这个牛痘疱浆就是天花疫苗，它能够有效地预防天花。经过一百多年的努力，1979年4月，世界卫生组织宣布全球消灭了天花。
（3）传统疫苗的生产
减毒疫苗也称活疫苗，是指用人工定向变异的方法，使病原微生物在极大程度上丧失致病能力，或从自然界筛选毒性高度减弱或基本无毒的活细菌或病毒制备成的疫苗。
灭活疫苗也称死疫苗，是选用抗原性强的病原微生物，经过人工大量培养后，用化学或物理方法灭活后制备而成的疫苗。
动物细胞（组织）培养
应用：
（1）生产有重要价值的蛋白质产品分泌性的蛋白质产品
（2）培养皮肤细胞用于移植形成组织
（3）检测有毒物质致癌致畸引起染色体目和结构改变
（4）理论研究:培养正常或异常细胞用于生理、病理、药
理研究
动物细胞（组织）培养
几个概念：
原代培养：将动物组织用胰蛋白酶处理成单个细胞，配制成一定浓度的悬浮液，放入培养瓶中在培养箱中培养的过程
传代培养：培养瓶中的细胞越来越多，用胰蛋白酶处理使细胞从瓶壁上脱离下来，配制成悬浮液，分瓶培养的过程
细胞株：原代培养细胞传至10代左右就不容易传下去，细胞生长停滞，大部分细胞衰老死亡，少数细胞能存活传到40~50代，这部分细胞称为细胞株
细胞系：细胞株传到50左右不能再继续传代，部分细胞遗传物质改变，具有癌变细胞的特点，可以在培养条件下无限制的传代下去，这部分细胞称为细胞系(共38张PPT)
微生物发酵及其应用
为什么要利用微生物？
抗生素、氨基酸、酶制剂等产品为什么能通过微生物发酵来生产？这与微生物的生长和代谢特点有什么关系？
1、某些微生物因争夺生存环境或营养物，会产生抗生素将其他种类的微生物杀死。
2、微生物会产生蛋白酶、纤维素酶和淀粉酶，将营养物质水解成可吸收的小分子的多肽或氨基酸、葡萄糖
。
3、微生物细胞会通过合成或分解代谢生产它必需的一些物质，包括氨基酸、核苷酸等。
为什么要利用微生物？
微生物繁殖非常迅速
微生物培养易于控制
微生物本身也容易改造
什么是发酵？
利用微生物，在适宜的条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程。
发酵工业经历了哪几个阶段？
原始发展阶段（发酵技术原始，顶多是家庭小制作，技术进步缓慢，完全是经验式的，并不知道其中的原理
。）
传统发酵工业阶段（人们才开始了解发酵现象的本质
，采用开放式的发酵方式，生产过程较为简单，对生产设备要求不高，规模一般不大
。）
现代发酵工业阶段（生产技术要求高；生产规模大；技术发展速度快；菌种的生产能力大幅度提高，新产品、新技术、新设备的应用达到前所未有的程度。
）
生物技术产业阶段
（利用构建的基因工程菌生产
）
什么是发酵工程？
采用现代化工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。
发酵工程
发酵工程
发酵工程
我国工业生产味精使用的菌种主要是经过诱变育种得到的营养缺陷型的北京谷氨酸棒状杆菌
发酵工程
啤酒制造工艺流程
发酵工程
啤酒制造工艺流程
微生物的应用
酒类：包括果酒、啤酒、白酒及其他酒均是利用酿酒酵母，在厌氧条件下进行发酵，将葡萄糖转化为酒精生产的。白酒经过蒸馏，因此酒的主要成分是水和酒精，以及一些加热后易挥发物质，如各种酯类、其他醇类和少量低碳醛酮类化合物。果酒和啤酒是非蒸馏酒，发酵时酵母将果汁中或发酵液中的葡萄糖，转化为酒精，而其他营养成分会部分被酵母利用，产生一些代谢产物，如氨基酸、维生素等，也会进入发酵的酒液中。因此，果酒和啤酒营养价值较高。
微生物的应用
醋：食品店或超市出售的醋中，除了白醋是由化学合成的食品级醋酸勾兑的外，其他的则是由醋酸菌在好氧条件下发酵，将固体发酵产生的酒精转化为醋酸生产的。由于使用的微生物菌种或曲种的差异，在葡萄糖发酵过程中会产生乳酸或其他有机酸，因而使醋有不同的风味。
微生物的应用
酱油：酱油生产以大豆为主要原料，其他有麦麸、小麦、玉米等，将上述原料经粉碎制成固体培养基，在好氧条件下，利用产生蛋白酶的霉菌，如黑曲霉进行发酵。微生物在生长过程中会产生大量的蛋白酶，将培养基中的蛋白质水解成小分子的肽和氨基酸，然后淋洗、调制成酱油产品。酱油富含氨基酸和肽，具有特殊香味。
微生物的应用
酱：以大豆和少量面粉为原料，蒸煮后在空气中自然发酵。发酵过程主要是能够产生蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的霉菌，将大豆中的蛋白质、脂肪、淀粉分解，产生出氨基酸、多肽、甘油、脂肪酸等多种物质。这些物质使酱具有独特的酱香味。
微生物的应用
酸奶：牛奶在厌氧条件下，由乳酸菌发酵，将乳糖分解，并进一步发酵产生乳酸和其他有机酸，以及一些芳香物质和维生素等；同时蛋白质也部分水解。因此，酸奶是营养丰富、易消化，少含乳糖，是适合于有乳糖不适应症者的优良食品。
微生物的应用
醪糟：又称酒酿，是大米经蒸煮后，接种根霉，在好氧条件下，发酵生产的含低浓度酒精和不同糖分的食品。根霉在生长时会产生大量的淀粉酶，将大米中的淀粉水解成葡萄糖，同时利用部分葡萄糖发酵产生酒精。由于使用的根霉菌种不同，可以生产不同酒精度、不同甜度和不同香味的醪糟。
微生物的应用
面包：现在的面包均是利用活性干酵母（面包酵母）经活化后，与面粉混合发酵，再加入各种添加剂，经烤制生产的。面粉发酵后淀粉结构发生改变，变得易于消化、营养易于吸收。
微生物的应用
馒头：以前做馒头的面粉是经自然发酵后蒸制的，如果连续使用面肥发酵，经几代发酵，微生物会因生长优势而单一化。发酵的菌种一般多为乳酸菌。因为发酵产酸，在蒸制前要用碱中和酸，制得的馒头才松软适口、带有特殊香味。现在，大批量生产是采用干酵母发酵，所以不产酸，不需要再用碱中和即可蒸制。
微生物的应用
泡菜：请参看《生物技术实践》的专题1的课题3（乳酸菌）
腐乳：请参看《生物技术实践》的专题1的课题2（毛霉、青霉、酵母、曲霉等）
酸菜：与泡菜类似。
微生物的应用
糖果、饼干、果冻等添加了红曲色素，以调节色泽；
果汁、饼干、面包、点心、方便面等添加了黄原胶，起悬浮、稳定、增稠、改善口感、防止粘牙、延长储存期等作用；
各类罐头，包括蔬菜、水果、蘑菇、鱼类、肉类、蛋类罐头，香肠，包装奶等添加了乳链杆菌肽，以保鲜、防腐，保存营养和改善口感等；
各种果汁、啤酒和饮料中均需使用柠檬酸或乳酸作为酸味剂调节口味、口感；
饭店、食堂和家庭制作的菜肴中常加味精或肌苷，以增加鲜味。
可以说市场上出售的各类食品均加有各种食品添加剂，其中约70%～80%的食品添加剂是用发酵法，或发酵产生的酶，加工生产的。
微生物的应用
制药业：抗生素、氨基酸、维生素的生产厂家；
食品业：醋、酱油、酱、酒等的生产厂家；
轻工业：柠檬酸、乳酸、味精、肌苷酸、干酵母、色素、黄原胶、甘油等的生产厂家；
化工业：酒精、丙酮、丁醇、衣康酸、丙烯酰胺和聚丙烯酰胺等的生产厂家；
饲料业：饲料添加剂的生产厂家；
农药业：农用抗生素、微生物肥料、微生物农药等的生产厂家。
酒类：如果酒（葡萄酒等）、米酒、白酒等；
有机溶剂：如乙醇、丙酮、丁醇、甘油；
有机酸：如醋酸、乳酸、葡萄糖酸、柠檬酸、酒石酸、衣康酸、长链二元酸（以十三到十八碳的直链烷烃为原料的发酵产品）；
氨基酸：如谷氨酸（单谷氨酸钠又称味精）、赖氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、精氨酸、丝氨酸、丙氨酸、酪氨酸、苏氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸等；
核苷酸及其类似物：如鸟嘌呤核苷酸（5’-GMP）、肌苷酸（5’-IMP）、腺嘌呤核苷酸（5’-AMP）、黄嘌呤核苷酸（5’-XMP）等；
抗生素：包括疾病治疗的药用抗生素，农业和畜牧业用于防病抗病的抗生素，如青霉素、头孢霉素、链霉素、四环素、土霉素、红霉素、稻瘟素、井岗霉素、春日霉素等等；
多糖：如黄原胶、普鲁兰等；
酶：如碱性蛋白酶（洗涤剂）、中性蛋白酶（洗涤剂等）、脂肪酶（洗涤剂）、α-淀粉酶（淀粉水解）、葡萄糖淀粉酶（葡萄糖生产）、葡萄糖异构酶（高果糖糖浆生产）、纤维素酶（纤维素水解、纺织品加工）、果胶酶（食品、水果加工等）、凝乳酶（奶酪制造）、青霉素酰化酶（青霉素母核生产）、天冬氨酸酶（L?天冬氨酸制造）、延胡索酸酶（L?苹果酸制造）、葡萄糖氧化酶（检验葡萄糖）、乳酸脱氢酶（临床检验）、链激酶（治疗血栓）等等，目前世界上有100多种酶用微生物发酵生产，应用于不同领域。
发酵培养基的配制
微生物的营养物质有六大类要素，即水、碳源、氮源、无机盐、生长因子和能源。
生长因子：某些微生物本身不能从普通的碳源、氮源合成，需要额外少量加入才能满足需要的有机物质，包括氨基酸、维生素、嘌呤、嘧啶及其衍生物，有时也包括一些脂肪酸及其他膜成分
发酵培养基的配制原则
①
营养物质应满足微生物的需要。不同营养类型的微生物对营养的需求差异很大，应根据菌种对各营养要素的不同要求进行配制。
②
营养物的浓度及配比应恰当。营养物浓度太低，不能满足微生物生长的需要；浓度太高，又会抑制微生物生长。
③物理、化学条件适宜。（pH、水活度、渗透压
）
④在设计培养基时，必须考虑是要培养菌体，还是要积累菌体代谢产物；是实验室培养，还是大规模发酵等问题。
练习
利用酵母菌发酵生产酒精时，投放的最适原料和产生酒精的阶段要控制的必要条件是（
）
A．玉米粉和有氧
B．大豆粉和有氧
C．玉米粉和无氧
D．大豆粉和无氧
C
练习
关于单细胞蛋白叙述正确的是（
）
A．是从微生物细胞中提取的蛋白质
B．通过发酵生产的微生物菌体
C．是微生物细胞分泌的抗生素
D．单细胞蛋白不能作为食品
B
单细胞蛋白是利用淀粉或维生素的水解液，制糖工业的废液，石化产品等为原料，通过发酵获得大量的微生物菌体，所以不是特指微生物的某种蛋白质或抗生素；单细胞蛋白含有丰富的蛋白质，如真菌蛋白可作为食品。
练习
谷氨酸棒状杆菌的培养液常采用的灭菌方法是（
）
A．高压蒸汽灭菌
B．高温灭菌
C．加入抗生素灭菌
D．酒精灭菌
A
单细胞蛋白是利用淀粉或维生素的水解液，制糖工业的废液，石化产品等为原料，通过发酵获得大量的微生物菌体，所以不是特指微生物的某种蛋白质或抗生素；单细胞蛋白含有丰富的蛋白质，如真菌蛋白可作为食品。
练习
工业上利用谷氨酸棒状杆菌大量积累谷氨酸，应采用的最好方法是（
）
A．加大菌种密度
B．改变碳源和氮源比例
C．改变菌体细胞膜通透性
D．加大葡萄糖释放量
C
谷氨酸棒状杆菌能够利用C6H12O6，经过复杂的代谢过程形成谷氨酸；谷氨酸合成过量，使合成途径中断，要提高谷氨酸产量的最好方法是改变菌体细胞膜的通透性，使谷氨酸能迅速排放到外面，避免因过量引起合成途径中断。
练习
关于灭菌和消毒的不正确的理解是（
）
A．灭菌是指杀灭环境中的一切微生物的细胞、芽孢和孢子
B．消毒和灭菌实质上是相同的
C．接种环用灼烧法灭菌
D．常用灭菌的方法有加热法、过滤法、紫外线法、化学药品法
B
1．灭菌是指采用强烈的理化因素杀死一定环境中所有微生物的细胞、芽孢和孢子的措施，是彻底杀死。消毒是一种采用较温和的理化因素，杀死物体表面或内部一部分对人体有害的病原菌，而对被消毒物体基本无害的措施，是部分杀灭。2．常用灭菌方法：物理杀菌的常用方法：高温、辐射、超声波和激光等；化学杀菌常用方法：表面消毒剂和化学治疗剂，如抗生素，中草药有效成分。
练习
为研究微生物群体生长规律，常将少量的某种细菌接种到培养基中，取样测定培养基里的细菌数目，以时间为横坐标，以细菌数目的对数为纵坐标，得到生长曲线图，对培养基的要求是（
）
A．恒定容积的液体培养基
B．任意容积的液体培养基
C．恒定容积的半固体培养基
D．任意容积的半固体培养基
A
练习
在啤酒生产过程中，发酵是重要环节。生产过程大致如下：将经过灭菌的麦芽汁充氧，接入啤酒酵母菌菌种后输人发酵罐。初期，酵母菌迅速繁殖，糖度下降，产生白色泡沫，溶解氧逐渐耗尽。随后，酵母菌繁殖速度迅速下降，糖度加速降解，酒精浓度渐渐上升，泡沫不断增多。当糖浓度下降到一定程度后，结束发酵。最后分别输出有形物质和鲜啤酒。根据上述过程，回答以下问题：
（1）该过程表明啤酒酵母异化作用的特点是
。
（2）初期，酵母菌迅速繁殖的主要方式是
。
（3）经测定酵母菌消耗的糖中，98.5％形成了酒精和其他发酵产物，其余1.5％则是用于
。
（4）请写出由麦芽糖→葡萄糖→酒精的反应方程式。
（5）如果酵母菌消耗的糖（没有麦芽糖，相对分子质量为342）有98.5％（质量分数）形成酒精（相对分子质量为46.0）和其他发酵产物。设有500t麦芽汁，其中麦芽糖的质量分数为8.00％，发酵后最多能生产酒精浓度为3.20％（质量分数）的啤酒多少吨？
练习
[答案]
（1）既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸
（2）出芽生殖
（3）酵母菌自身的生长和繁殖
（4）C12H22O11+H2O2
C6H12O6
C6H12O6
2C2H5OH+2CO2
（5）C2H5OH的相对分子质量为46.0
（500t×8.00%×98.5%
×46
×4/342）/
0.032=662t
练习
尽管微生物发酵有各种各样的产物，但通常它们的生产能力小而且单一，不能胜任大批量的工业生产，于是，科学家们想方设法使它们的“功力”增长几十倍到上百倍，从而成为本领高强的“高级工人”。第一种方法是用人工办法让微生物的DNA发生突变。比如在DNA分子的长链中插入或删除碱基，或者把某一碱基换成另外一种。然后在这些动过“小手术”的菌种中筛选出符合我们要求的，能增加产量的个体。
（1）发酵工程的第一种方法从遗传学角度看，属于哪一类型的变异？这类变异有何特点？
练习
第二种方法叫“原生质融合法”。这是将两种且有不同发酵本领的微生物细胞放在一起进行处理，溶解掉细胞壁，让它们的原生质相互融合。等到重新长出细胞壁后，一种新的微生物就诞生了。它可以同时具有两种微生物的发酵能力，也可能产生新的本领。
（2）第二种方法从遗传学角度看属于哪一类型的变异？所诞生的新型微生物其后代具有什么特点？
练习
第三种方法是通过直接转移遗传物质DNA，制备出有超强能力的发酵微生物。以下是一个发酵生产维生素C（后称Vc）的例子：科学家找到两种微生物——草生欧文氏菌和棒状杆菌。当它们共同作用时，可以通过发酵而产生Vc，后来人们发现，这两种菌在生产Vc的过程中好像接力赛一样，各自先后承担一段任务：先由草生欧文氏菌将原料发酵成一种中间产物，随后再由棒状杆菌把体内与完成后半段的工作有关的遗传物质移入到草生欧文氏菌体内，与它的DNA相连接。通过这种人工改造后培育出的微生物被称作“工程菌”，是发酵工程的主角。
（3）第三种方法所应用的技术是
技术。经过改造后的草生欧文氏菌再繁殖，其后代能够
。
练习
答案：
（1）基因突变率低，不定向，但能大幅度改良某些性状。
（2）基因重组具有两种微生物的遗传特点。
（3）转基因
独立完成生产Vc的全过程。
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生物工程药物与疫苗
1、根据酶在生物体内存在的部位，可分为胞内酶和胞外酶，下列酶中属于胞外酶的是
A．呼吸酶
B．光合酶
C．胰蛋白酶
D．解旋酶
复
习
3、（2005年黄冈模拟）图是含有淀粉的琼脂块上的实验装置，将该装置放在37℃的温度下，培养24h后，用碘液冲洗圆点处，各琼脂块的处理方法和实验结构见下表。下列说法正确的是
圆点
处理方法
结果
A
加入新鲜的唾液
红棕色
B
接种面包霉
红棕色
C
加入煮沸的唾液
蓝黑色
D
加入蔗糖酶
？
E
加入新鲜唾液与质量分数为10％的盐酸的混合液
蓝黑色
A
B
E
D
C
A、面包霉能分泌淀粉酶，酶可在细胞外发挥作用
B、温度能影响酶的活性，温度越高，酶的催化活性越强
C、酶不仅具有高效性，还具有专一性，实验E就是最好的证明
D、酶的催化需要适宜的pH，据此推断表中的“？”处应该是蓝黑色
．人们为了尽快、彻底地去除衣物上的油渍污垢，常常使
用加酶洗衣粉，请回答下列问题：
（1）为洗去衣服上的奶渍，在加酶洗衣粉中加入哪些酶 __________________。
（2）用加酶洗衣粉时，为何用温水而不用沸水
____________________________________________。
（3）加酶洗衣粉属于_____________，它的生产包括
________________________________步骤。
（4）加酶洗衣粉的使用是否可以降低洗衣粉、洗涤剂对环境的污染程度 为什么
______。
_______________________________________________。
（5）加酶洗衣粉的使用属于酶制剂应用中的__________________。
蛋白质酶和脂肪酶
酶需要适宜催化作用的温度条件，温度过高使酶失活
固体酶制剂
酶的生产提取、分离纯化、合成酶制剂
可以
加酶洗衣粉比普通洗衣粉用量少、效率高，酶可在自然环境中降解
直接利用
P56页思索与练习
1．酶在生物体内的含量一低，工业生产所用的酶是如何获得的
酶在生物界普遍存在，因而可以从动物、植物、微生物等各种原料中提取酶，如从动物胰脏中可以提取胰蛋白酶、淀粉酶、核糖核酸酶，从木瓜中提取木瓜蛋白酶，从菠萝皮中提取菠萝蛋白酶。但动物、植物的来源总是有限的，不能适应生产上大量用酶的需要，所以目前工业上大多采用微生发酵法来获得大量的酶制剂。此法的优点在于微生物人工培养不受气候、地理等条件的限制，繁殖速度快，还可以根据需要选育菌种来提高产酶率。
2．在工业生产上，用酶催化的反应取代传统的化学反应，如用’酶法生葡萄糖取代酸解淀粉生产葡萄糖工艺，这对生产效率、产业工人和环境有什么意义
用酶法生产葡萄糖，可使粉状葡萄糖得率达100％，结晶葡萄糖率达80％，提高了葡萄糖的质量和产量，减轻了产业工人的工作量，减轻了对环境污染，对保护环境有重大意义。
第一课
一、生物工程药物
概念：
一般是指利用DNA重组技术或其他生物技术生产的药物。
如：
基因工程药物；
细胞工程药物；
发酵工程药物；
酶工程药物等。
（一）基因工程药物
传统制药业中胰岛素制备方法是怎样的？有何明显的不足？
有何比较好的方法来解决这个问题？请叙述该方法的大致过程？
若从猪、牛等动物的胰脏中提取；
产量有限，价格昂贵，可能导致过敏反应
利用基因工程、发酵工程进行生产
（一）基因工程药物
科技人员成功研制“基因重组人胰岛素”
我国生产的部分用胰岛素产品
基因工程药物生产的大致过程
基因工程药物生产的大致过程
基本过程概述：
获取目的基因→构建基因工程菌→
→工程菌大规模培养→
产物分离纯化
→除菌过滤→半成品检测→
成品加工
→成品检测
最主要环节：
构建工程菌
基因工程药物
转入基因的生物
细菌、动物、植物
（一）基因工程药物
生产干扰素的车间
我国自行生产的重组白细胞介素
（二）细胞工程药物
传统动植物药物的优点和面临的问题：
优点：
高效、低毒、副作用少等
面临的问题：
随着人产对来自珍稀濒危动植物的药物需求量增大，人们对野生生物资源的大规模猎取，采集和开发，导致了生态环境和环境和物种资源的破坏。
人们有没有找到解决这一矛盾的新方法？
细胞工程药物
指在细胞水平上的遗传操作，即通过细胞融合、核质移植、染色体移植等技术，改造并筛选特定的细胞株或细胞糸，再通过规模培养获得药物。
概
念
悬浮细胞培养
药物制剂
提取纯化产物
细胞培养的人参愈伤组织
人
参
1、植物细胞工程制药
（细胞株）
2、动物细胞工程制药
2、动物细胞工程制药
1、制药中应用到的工程技术：
动物细胞培养技术、基因工程、细胞融合技术等
2、动物细胞工程药物
乙肝疫苗
给流动儿童喂服小儿麻痹糖丸
练习
1、控制细菌合成抗生素的基因、控制放线菌主要性状的基因、控制病毒抗原特异性的基因依次在（
）
①核区大型环状DNA
②质粒上③细胞染色体上④衣壳内的核酸上
A、①③④
B、①②④
C、②①③
D、②①④
D
2、生产单克隆抗体要用到的生物工程是（
）
①基因工程
②细胞工程
③发酵工程
④酶工程
A．①②③④
B．②③④
C．①②④
D．①③④
B
用大肠杆菌生产胰岛素需应用的生物工程的组合是
（
）
①基因工程
②细胞工程
③发酵工程
④酶工程
A.①②③
B．①②④
C．①③④
D．②③④
C
3、干扰素是治疗癌症的重要药物，它必须从血中提取，每升人血只能提取0.05
μg，所以价格昂贵。现在美国加利福尼亚的基因公司用如下图的方式生产干扰素，试分析其原理和优点。
（1）从人的淋巴细胞中取出___________，使它同细菌质粒相结合，然后移植到酵母菌的细胞里，让酵母菌___________。
（2）酵母菌能用___________繁殖，速度很快，能大量生产___________，不但提高了产量，也降低了成本。
（3）酵母菌能产生干扰素，这个事实说明，人和酵母菌共用一套_________。
干扰素基因
表达干扰素
出芽生殖
密码子
干扰素
科研人员在观察SARS病
毒灭活疫苗细胞生长情况
科研人员观察SARS病毒灭活疫苗
生物工程疫苗
2、传统疫苗
减毒疫苗
丧失致病能力,毒性减弱或基本无毒的活菌或病毒。常用的有卡介苗、牛痘疫苗等。
接种一次且接种量少,免疫时间长,效果好。
1、疫
苗
是一类接种后能激发人体免疫反应来抵抗某些传染病的生物制品
强抗原病原微生物用理化方法灭活后制而成。常用的有：伤寒疫苗、狂犬疫苗等。
灭活疫苗
制备简单，保存时间长且相对较安全。
接种量大且需多次接种。
传统疫苗的不足：
解决之道
有些是用化学或物理方法，使病原微生物灭活制成的，但灭活的适宜程度不好把握；有些是让病毒先感染一种动物，使病毒的毒力减弱而制成的，但这样制备的疫苗，可能因病毒的回复突变，毒力增强而引起感染
基因工程疫苗
利用基因工程可以删除细菌和病毒中抗原物质的基因或基因片段，获得更彻底、遗传特性更稳定、不易发生毒力回复、安全性强的疫苗。
基因工程疫苗
基因工程疫苗的生产
1、利用基因工程技术，将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的宿主细胞，进行表达，获得的表达产物，经分离、纯化后，用福马林和AL（OH）3吸附就可以作为疫苗使用。如：
乙肝疫苗
利用基因工程技术，将病原体的抗原基因转移到植物细胞的染色体DNA中，并使其表达，从而培育出生产疫苗的转基因植物，达到预防和治疗疾病的目的。
2、基因工程疫苗的生产：
小结
生物技
术药物
基因工程药物
细胞工程药物
植物细胞工程药物
动物细胞工程药物
基因工程疫苗
核酸疫苗
生物技
术疫苗
传统疫苗生产
基因工程疫苗生产
减毒疫苗
灭活疫苗
练习
1、流感病毒有不同的亚型，现有多种流感疫苗，有人注射了一种流感疫苗后，
在流感流行期间未患流感，但流感再次流行时，却患了流感。可能的原因是：（
）
①流感病毒发生了突变
②抗体在体内存留的时间短
③流行的流感病毒与注射的流感疫苗不是同种类型
④流感使人的免疫系统受损
A．①②③
B．①②④
C．①③④
D．①②
A
2、下列关于疫苗的叙述，正确的是（
）
A．所有的疫苗都是安全的
B．一次使用疫苗可以预防一生
C．疫苗能迅速激发机体免疫反应
D．疫苗即可预防疾病，也可治疗疾病
c
3、利用基因工程获得疫苗与传统疫苗相比优点不包括（
）
A．易发生毒力回复
B．安全性强
C．遗传特性稳定
D．便于大量生产
A
P64页思考与练习
1．为什么说重组DNA技术是基因工程药物生产中的核心技术
重组DNA技术是指在基因水平上的遗传工程。它的基本原理是用人工的方法将需要的某一种供体生物的遗传物质DNA大分子提取出来，在离体条件下用适当的工具酶进行切割后把需要部分(即目的基因)与作为载体的DNA部分连接起来，或用人工方法合成目的基因与载体连接起来，然后与载体一起导人某一易生长、繁殖的受体细胞或微生物中，使之在新的遗传背景下进行功能性表达，生产出人类所需要的物质。如人胰岛素、人生长激素、干扰素、红细胞生成素等。因此，重组DNA技术是基因工程药物生的核心技术。
2．利用细胞工程生产药物的优势是什么
利用细胞工程生产药物，除了能将特定的动、植物细胞在离体情况下大量培养并从中获得所需要的产物外，更重要的是通过细胞融合、核质移植、染色体移植等技术，将遗传物质转移到受体细胞中形成杂交细胞，使之具有特殊的功能，同时避免了繁琐的分离、提纯、剪切、拼接等基因操作，提高效率。
3．你认为传统疫苗与基因工程疫苗各有什么优势 基因工程疫苗能取代传统疫苗吗
传统的病毒疫苗是以完整的病毒作为材料的。用于疫苗材料的病毒是经过减毒或灭活处理的，这样既可以达到刺激人体免疫系统产生抗体等具有保护效应的物质，又不引起疾病。减毒疫苗一般只需要接种一次且接种量少，而免疫持续时间长，效果好；灭活疫苗每次接种剂量大且需要多次接种，免疫力较差，但制备简单，保存时间较长，且相对较安全。
基因工程疫苗比传统疫苗的免疫途径更安全，不需要注射器之类的设备，可以避免因使用了消毒不彻底的注射器而使通过血液传染的疾病如艾滋病和乙型病毒性肝炎等大面积传播。应用转基因植物生产基因工程疫苗还具有以下优点：①疫苗抗原基因转入可食用的植物后，可供直接服用或饲喂动物，不需要像生产传统疫苗那样需要许多仪器设备，生产成本显著降低；②比传统免疫途径更有效，因为植物细胞中的疫苗抗原通过胃内的酸性环境时可受到细胞壁的保护，直接到达肠内黏膜诱导位，刺激黏膜和全身免疫
反应，大大提高有效性；③易贮存和分发，不需要冷藏设备；④不仅提供了疫苗而且提供了营养，尤其是以水果作转基因的口服疫苗为广大儿童所喜欢。毫无疑问，基因工程疫苗较传统疫苗具有毒性低的优势，但是免疫效果还需进一步的提高。基因工程疫苗应该比目前应用的常规疫苗具备更多的优点，但要取代传，统疫苗，它必须具备安全性、生产工艺、免疫效力、免疫期、免疫途径、生产成本等的优势，并被有关管理部门和公众所接受。
再见(共12张PPT)
第二章
生物科学与工业
第2节
酶在工业生产中的应用
雕牌超效加酶洗衣粉
胰蛋白酶
溶菌酶
溶菌酶
一、酶及其类型
1、酶是什么呢？
酶的来源
生化效应
化学本质
基本组成单位
具体产生场所
有机物（蛋白质或RNA）
催化作用，降低活化能
活细胞产生
氨基酸或核糖核苷酸
核糖体或细胞核内转录
(4)、根据酶催化的反应和所起的作用：
氧化还原酶、水解酶、裂解酶、连接酶、转移酶和异构酶
（酶的国际统一分类法）
胞内酶
胞外酶
2、酶的类型
(1)、根据存在的部位：
（2）、根据酶催化的底物：淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等
(3)根据同一种酶的来源不同：枯草杆菌蛋白酶、木瓜蛋白酶等
优点：
缺点：
高效性
专一性
反应条件温和
大多数的酶是蛋白质，在不适宜的条件下容易变性、失活，稳定性差，在某些方面的应用有局限性。
3、酶的优缺点
问题：酶特别“娇嫩”，对环境条件的要求比较苛刻。这就给实际生产及应用造成麻烦。怎么解决这一问题呢？
3、酶制剂的生产
（1）酶制剂的慨念
（2）、酶催化有哪些特点？
（3）酶催化反应结束后，酶和其他产物混合在一起，分离比较麻烦，这不仅影响产品的纯度，而且酶不能分离出来重复使用，也造成了浪费。这个问题又是怎样解决呢？
4、酶的固定化——固定化酶
载体结合法
交
联
法
包
埋
法
酶经固定化处理后，稳定性较高，可以长期反复使用，有利于工业生产中转化反应的连续化和自动化。
二、酶在工业生产中的应用
1、葡萄糖的生产
2、果汁的生产
3、棉布的生产
4、造纸工业中的应用
5、半合成青霉素的生产
6、食品加工、洗涤剂
a－淀粉酶
果胶酶和纤维素酶
纤维素酶
酶代替化学脱墨
青霉素酰化酶
脂肪酶
7、酶在新能源开发中的应用前景
三、练习
1、能正确说明酶特性的是
A、酶大多数是蛋白质
B、酶是活细胞产生的，只能在生物体内发挥催化作用
C、酶的活性随温度的升高而不断升高
D、每一种酶只能催化一种或一类物质的化学反应
（酶的化学本质）
2、多酶片中含有蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶，具有辅助消化的作用。其片剂是糖衣片，这样制作的目的是
A、补充体内糖类物质的供给
B、防治胃液的消化作用
C、经唾液的消化后即可迅速起作用
D、使其中各种酶缓慢地释放
3、（2005年黄冈模拟）图是含有淀粉的琼脂块上的实验装置，将该装置放在37℃的温度下，培养24h后，用碘液冲洗圆点处，各琼脂块的处理方法和实验结构见下表。下列说法正确的是
圆点
处理方法
结果
A
加入新鲜的唾液
红棕色
B
接种面包霉
红棕色
C
加入煮沸的唾液
蓝黑色
D
加入蔗糖酶
？
E
加入新鲜唾液与质量分数为10％的盐酸的混合液
蓝黑色
A
B
E
D
C
A、面包霉能分泌淀粉酶，酶可在细胞外发挥作用
B、温度能影响酶的活性，温度越高，酶的催化活性越强
C、酶不仅具有高效性，还具有专一性，实验E就是最好的证明
D、酶的催化需要适宜的pH，据此推断表中的“？”处应该是蓝黑色
4、根据酶在生物体内存在的部位，可分为胞内酶和胞外酶，下列酶中属于胞外酶的是
A．呼吸酶
B．光合酶
C．胰蛋白酶
D．解旋酶第二章
生物科学与工业
第二节
酶在工业生产中的应用
1固定化酶的优点是( )
A．有利于增加酶的活性
B．有利于产物的纯化
C．有利于提高反应速度
D．有利于酶发挥作用
2果子酒放久了易产生沉淀，只要加入少量蛋白酶就可使沉淀消失，而加入其他酶则无济于事，这说明( )
A．酶具有专一性
B．酶的成分是蛋白质
C．酶的活性受环境影响
D．该沉淀是氨基酸
3同一个体内的各类活细胞所含的酶( )
A．种类有差异，数量相同
B．种类有差异，数量不同
C．种类无差异，数量相同
D．种类无差异，数量不同
4下图表示淀粉的一段，数字对应的“—”表示单糖之间的化学键，则淀粉酶发挥作用的位置可能是…( )
A．1处
B．1、3、5处
C．任何一处
D．2、4、6处
5纺织工业上的褪浆工序常用两种方法：化学法，需用NaOH
7～9克/升，在70～80
℃条件下作用12小时，褪浆率仅为50%～60%；加酶法，用少量细菌淀粉酶在适宜温度时，只需5分钟，褪浆率达100%。这一事实说明( )
A．酶具有多样性
B．酶具有高效性
C．酶具有专一性
D．酶具有溶解性
6下列能大量生产酶的工程是( )
A．细胞工程
B．基因工程
C．发酵工程
D．胚胎工程
7下列关于果胶酶的说法正确的是( )
A．果胶酶可以分解细胞壁的主要成分——纤维素
B．果胶酶是由半乳糖醛酸聚合而成的一种高分子化合物
C．果胶酶不特指某种酶，而是分解果胶的一类酶的总称
D．果胶酶的化学本质是蛋白质或RNA
8下列质地的衣物不能用加酶洗衣粉洗涤的是…( )
A．化纤类衣服
B．棉麻类衣服
C．尼龙类衣服
D．毛类衣服
9下列关于酶的叙述中，不正确的是( )
A．酶是具有催化能力的蛋白质或RNA
B．酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物
C．食物的消化过程需要酶的催化，而细胞内的其他化学反应不需要酶的催化
D．绝大多数的酶是蛋白质，少数是RNA
10生物体内的酶很容易降解、失活。洗衣粉中的酶却能长时间保持活性的原因是( )
A．生物体内的酶活性受温度影响，洗衣粉中的酶不受温度影响
B．洗衣粉中的酶外层有特殊的化学物质层层包裹，可保持其活性
C．生物体内的酶是蛋白质，洗衣粉中的酶是无机物
D．以上都正确
11某酒厂生产的啤酒、果酒放置久了产生沉淀，使酒浑浊。经化验，测得沉淀物是蛋白质。为解决这一问题，提出了两种方案：甲方案是在酒中加入少量蛋白酶，乙方案是在酒中加入少量氨基酸氧化酶，请评价这两种方案。
(1)________方案合理，原因是_________________________________________________。
(2)________方案不合理，原因是_______________________________________________。
12下列A、B、C三图依次表示酶浓度一定时，反应速度和反应物浓度、温度、pH的关系。请据图回答下列问题：
(1)图A中反应物达到某浓度时，反应速度不再上升，若要继续升高反应速度，应适量添加________。
(2)将装有酶与反应物的甲、乙两试管分别放入12
℃和75
℃水浴锅中，20分钟后取出转入37
℃的水浴锅中保温，两试管内反应分别应为：甲________，乙________。
(3)图C表示了________催化反应的速率变化曲线。
13能正确说明酶特性的是( )
A．酶大多数是蛋白质
B．酶是活细胞产生的，只能在生物体内发挥作用
C．酶的活性随温度的升高而不断升高
D．每一种酶只能催化一种或一类物质的化学反应
14下列有关酶的叙述中，不正确的是( )
A．二肽酶可以水解任何两种氨基酸组成的二肽
B．所有的活细胞都能产生酶
C．组成酶的基本单位是氨基酸或核糖核苷酸
D．酶催化最适宜的温度都是37
℃
15研究认为，用固定化酶技术处理污染物是很有前途的，如将从大肠杆菌得到的磷酸三脂酶固定到尼龙膜上制成制剂，可用于降解残留在土壤中的有机磷农药，与用微生物降解相比，其作用不需要适宜的( )
A．温度
B．水分
C.
pH
D．营养
16下图表示某有机物加入某种酶后在0～80
℃环境中，有机物的分解总量与温度的关系图，依图判断，在0～80
℃环境中，酶的活性变化曲线(pH适宜)正确的是
( )
17多酶片中含有蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶，具有辅助消化的作用。其片剂是糖衣片，这样制作的目的是( )
A．补充体内糖类物质的供给
B．防止胃液的消化作用
C．经唾液的消化后即可迅速起作用
D．使其中各种酶缓慢地释放
18胃液中的蛋白酶进入小肠后，催化作用大大降低，这是由于( )
A．酶发挥催化作用只有一次
B．小肠内的温度高于胃内的温度
C．小肠内的pH比胃内的pH高
D．小肠内的pH比胃内的pH低
19一般洗衣粉不易清除衣物上的奶渍，但生物活性洗衣粉则可以。生物活性洗衣粉的包装盒上印有以下资料：
成分：蛋白酶0.2%，清洁剂15%。用法：洗涤前先将衣物浸于加有适量洗衣粉的水内一段时间，使用温水效果最佳；切勿用60
℃以上的热水。注意：切勿用于丝质及羊毛衣料；用后须彻底清洗双手。
请根据以上资料回答有关问题：
(1)为什么生物活性洗衣粉能较易清除衣物上的奶渍？
(2)为什么洗涤前须先将衣物浸于有这种洗衣粉的水内一段时间？
(3)试提供一种方法以缩短衣物浸水的时间，并加以解释。
(4)为什么包装盒上的用法指明切勿在60
℃以上的热水中使用此洗衣粉？为什么切勿用于丝质及羊毛衣料？
20(1)人们不会在热泉中发现活着的嗜冷海藻，而经常可以在冷水环境中分离出嗜热微生物。请根据酶的特性分析产生这种现象的原因。
(2)淀粉酶可以通过微生物发酵生产。为了提高酶的产量请设计一个实验，利用诱变育种方法，获得产生淀粉酶较多的菌株。
①写出主要实验步骤。
②根据诱发突变率低和诱发突变不定向性的特点预期实验结果。(提示：生产菌株在含有淀粉的固体培养基上，随着其生产可释放淀粉酶分解培养基中的淀粉，在菌落周围形成透明圈)
参考答案
我夯基，我达标
1．B 解析：固定化酶制作的目的是降低生产成本。优点有两个：一是能够顺利从发酵产物中把酶分离出来；二是能够使酶反复使用。从题目中可以看出，选项B是正确的。酶的固定化对酶的活性、酶作用的发挥、反应速度的提高并没有多少作用。酶的活性、酶作用的发挥与环境条件密切相关，如温度、pH等；反应速度与底物的浓度、温度、pH等条件都有关系，在底物浓度升高时，反应速度将提高，温度、pH适宜时，反应速度最快。
2．A 解析：根据题意，只要加入少量蛋白酶就可使沉淀消失，而加入其他酶则无济于事，这说明酶具有专一性，该沉淀物是蛋白质。
3．B 解析：同一个体内的各类活细胞所进行的生命活动不同，代谢强弱也不同，所需要起催化作用的酶种类有差异，数量不同。
4．D 解析：淀粉酶催化淀粉水解成麦芽糖，麦芽糖是二糖，题图示中淀粉酶发挥作用的位置可能是2、4、6处。
5．B 解析：根据题意，加酶后只需5分钟，褪浆率达100%，这说明酶具有高效性。
6．C 解析：生物体内酶的种类很多，但含量较低。动物和植物体内的许多种酶在微生物中都存在。人们利用微生物发酵大规模生产各种酶。
7．C 解析：果胶酶的化学本质是蛋白质，其基本组成单位是氨基酸。酶具有专一性，它只能催化一种或一类物质的化学反应，果胶酶只能催化果胶的分解。
8．D 解析：加酶洗衣粉中含的蛋白酶较多，蛋白酶可将蛋白质分解，所以蛋白质类纤维织物(如毛类衣服)不能用加酶洗衣粉洗涤。
9．C 解析：酶是活细胞产生的一类具有催化作用的有机物。这些有机物中，绝大多数是蛋白质，少数是RNA具有催化作用，也是酶。生物的新陈代谢由一系列的化学反应组成，其中的每一个化学反应都是由酶来催化的，所以说新陈代谢离不开酶。
10．B 解析：洗衣粉中的酶是酶制剂，酶外用化学物质层层包裹，可在适宜的环境中保存不会失活。
11．解析：要解决酒的浑浊问题，就要使沉淀物分解。经化验，得知沉淀物是蛋白质，就应在酒中加入少量蛋白酶，使蛋白质分解，消除沉淀。氨基酸氧化酶不能催化蛋白质分解，反而催化氨基酸分解，不能达到目的。
答案：(1)甲 蛋白酶能水解蛋白质，既能消除沉淀，又保存了营养成分
(2)乙 氨基酸氧化酶不能水解蛋白质，不能消除沉淀，还会分解营养成分氨基酸
12．解析：图A中反应物达到某浓度时，反应速度不再上升，是由于酶数量有一定的限度。若要继续升高反应速度，应适量添加反应所需要的酶。图B所示的酶的最适宜温度是37
℃，过高使酶失活，过低酶活性受到抑制。12
℃升高到37
℃酶的活性逐渐增强，75
℃时酶已失活，降到37
℃仍无催化反应。C图表示不同pH条件下酶催化反应的速率变化曲线。
答案：(1)反应所需要的酶
(2)速度加快 无催化反应
(3)不同pH条件下酶
我综合，我发展
13．D 解析：酶的特性是指酶的高效性、专一性，以及受温度、pH等因素的影响。A是酶的化学本质，酶是活细胞产生的，但不仅仅在生物体内起作用，离体的酶，只要条件适宜仍可发挥催化作用；在一定的温度范围内，酶的活性随温度的升高而升高，C不能正确表示酶与温度的关系；D表示了酶的专一性。
14．D 解析：不同的酶所拥有的最适温度和最适pH不同。
15．D 解析：微生物的代谢需要温度、pH、水分、营养等基本条件，但是酶是有机催化剂，它催化化学反应需要温度、pH和水等条件，但不需要营养。
16．D 解析：从题中曲线可看出分解物质总量随温度升高而不断升高。但其曲线的斜率最大是在40
℃的点处，故40
℃时酶的活性最高。而50
℃时分解物质总量已不再随温度变化而变化，故50
℃时酶已完全失活。
17．B 解析：多酶片是一种固体酶制剂，它可以治疗消化不良，是利用酶的高效性。其中的酶主要在肠道中起作用，若暴露于胃的酸性环境中会失活，加上糖衣的目的是防止胃液对酶的杀伤与消化。
18．C 解析：酶发挥作用需要适宜的条件，胃液与肠液的pH是不同的，胃液中的pH是胃蛋白酶的最适pH，胃蛋白酶在肠液中由于pH过大活性大大降低。
19．解析：衣物上的奶渍主要成分是蛋白质，生物活性洗衣粉中含有蛋白酶，能分解奶渍中的蛋白质。蛋白酶催化蛋白质的水解需要一定的时间，洗涤前须先将衣物浸于有这种洗衣粉的水内一段时间，可以使酶有充分催化反应的时间。酶的催化作用需要适宜的温度，用温水洗涤效果更佳，时间更短。温度过高会使酶失去活性，不能在60
℃以上的热水中使用此洗衣粉。丝质及羊毛衣料的主要成分是蛋白质。
答案：(1)因为其中含有蛋白酶，能分解奶渍中的蛋白质。
(2)是为了使洗衣粉中的酶充分分解衣物中的蛋白质污渍。
(3)用温水浸泡衣物，因为酶的催化作用需要适宜的温度。
(4)因为温度过高会使酶失去活性。因为丝质及羊毛衣料中含有蛋白质，蛋白酶会损坏衣物。
20．解析：(1)温度对酶活性的影响。高温使酶的分子结构被破坏而失去活性；低温使酶的活性降低，但酶的分子结构没有破坏，遇到合适的温度又可以恢复活性。(2)该实验是对照实验，单一变量是是否用一定剂量的诱变剂处理，其他各种条件均应相同且为最适宜。
答案：(1)嗜冷海藻体内的酶遇到高温后，酶的分子结构被破坏而失去活性，海藻很快死亡。而嗜热微生物体内的酶遇到低温环境，酶的活性降低，但酶的结构没有被破坏，遇到合适的温度又可以恢复活性。
(2)①第一步：将培养好的生产菌株分为两组，一组用一定剂量的诱变剂处理，另一组不处理作对照。
第二步：制备含淀粉的固体培养基。
第三步：把诱变组的大量菌株接种于多个含淀粉的固体培养基上，同时接种对照组，相同条件下培养。
第四步：比较两组菌株菌落周围透明圈的大小，选出透明圈变大的菌株。
②预期实验结果：A.由于诱发突变率低，诱变组中绝大多数菌落周围的透明圈大小与对照组相同。B.由于诱发突变的不定向性，诱变组中极少数菌落周围的透明圈与对照组相比变大或变小。第二章
生物科学与工业
第三节
生物工程药物和疫苗
1以下有关基因工程的叙述，正确的是( )
A．基因工程是细胞水平上的生物工程
B．基因工程的产物对人类都是有益的
C．基因工程产生的变异属于人工诱变
D．基因工程育种的优点之一是目的性强
2“转基因动物”是指( )
A．含有可利用基因的动物
B．基因组中插入外源基因的动物
C．本身具有抗体蛋白类的动物
D．能表达基因信息的动物
3在基因工程中用来修饰改造生物基因的工具是( )
A．限制性核酸内切酶和DNA连接酶
B．限制性核酸内切酶和水解酶
C．限制性核酸内切酶和运载体
D.
DNA连接酶和运载体
41976年，美国科学家首次将人的生长抑制素释放因子的基因转入大肠杆菌，并获得表达，这是人类第一次获得的转基因生物。此文中的“表达”是指该基因在大肠杆菌内( )
A．能进行自我复制
B．能进行转录
C．能控制合成生长抑制素释放因子
D．能合成人的生长激素
5下列生物工程技术中，不属于细胞工程的是…( )
A．通过试管动物大量繁殖优良动物
B．利用含有人胰岛素基因的大肠杆菌生产胰岛素
C．通过体细胞克隆技术培养出克隆羊
D．将某人的肝癌细胞在实验室中繁殖成一个细胞系
6阿根廷科学家CesarMiistein和德国科学家GeorgesKohler将B淋巴细胞产生抗体的基因转移到肿瘤细胞内，成功获得世界上第二株能稳定分泌单一抗体的杂交瘤细胞，该细胞的增殖方式和产物分别是( )
A．无丝分裂和逆转录抗体
B．减数分裂和转基因抗体
C．有丝分裂和单克隆抗体
D．减数分裂和单克隆抗体
7关于单克隆抗体，下列叙述不正确的是( )
A．可以制成诊断盒，用于疾病的诊断
B．可以利用基因工程技术生产
C．可以与药物结合，用于病变细胞的定向治疗
D．可以在生物体内生产，不能体外生产
8用大肠杆菌生产胰岛素需应用的生物工程的组合是( )
①基因工程 ②细胞工程 ③发酵工程 ④酶工程
A．①②③
B．①②④
C．①③④
D．②③④
9(多选)利用基因工程获得疫苗与传统疫苗相比优点包括( )
A．不易发生毒力回复
B．安全性强
C．遗传特性稳定
D．便于大量生产
10关于生物技术疫苗的叙述，错误的是( )
A．生物技术疫苗主要是基因工程疫苗
B．生物技术疫苗的优点是遗传特性稳定、不易发生毒力回复、安全性强
C.
DNA疫苗是将致病微生物中能够编码引起机体免疫反应的抗原基因导入宿主细胞，产生抗原诱导产生免疫应答
D．单克隆抗体的特异性是骨髓瘤细胞与效应T细胞融合后培养产生的
11干扰素是治疗癌症的重要药物，它必须从血中提取，每升人血只能提取0.05
μg，所以价格昂贵。现在美国加利福尼亚的基因公司用如下图的方式生产干扰素，试分析其原理和优点。
(1)从人的淋巴细胞中取出________，使它同细菌质粒相结合，然后移植到酵母菌的细胞里，让酵母菌________。
(2)酵母菌能用________繁殖，速度很快，能大量生产________，不但提高了产量，也降低了成本。
(3)酵母菌能产生干扰素，这个事实说明，人和酵母菌共用一套________。
12乙肝病毒(核酸为双链DNA)感染人体肝细胞以后，在肝细胞内可复制出许多病毒颗粒，进而损害肝细胞的机能，严重影响到人体健康。20世纪70年代，科研人员发现，在乙肝病人的血液中，除了有传染性的乙肝病毒颗粒外，还有大量的乙肝病毒外壳蛋白颗粒，其特征是外壳表面含有与致病乙肝病毒颗粒相同的表面抗原，但内部是空心的，不含病毒DNA分子，因此没有传染性和致病力。最早发现空心乙肝病毒表面抗原蛋白颗粒的是美国科学家B.SBlnmberg。这一重大发现为乙肝疫苗的研究开辟了道路：若将乙肝患者的血液经严格纯化，去除杂蛋白和乙肝病毒颗粒后，可获得高纯度的空心乙肝表面抗原蛋白颗粒，将这种抗原蛋白颗粒制成疫苗，注入人体后，可诱发人体的免疫系统产生相应的抗体。为此，B.SBlnmberg荣获了1976年诺贝尔生理学或医学奖。
请结合已学过的生物学知识，回答下列问题：
(1)乙肝病毒外壳蛋白颗粒是在人体肝细胞的______上合成的。
(2)乙肝病毒表面抗原蛋白颗粒可用于制作疫苗，其原因是______________________。
(3)乙肝疫苗注入人体后，诱发人体免疫系统产生相应的抗体是在__________细胞中合成的，参与抗体合成的膜性细胞器有__________。已感染病毒的肝细胞可在__________细胞的作用下，裂解死亡并释放病毒，随后抗体与病毒结合，这一过程包含了__________免疫。
(4)乙肝患者血液出现的乙肝病毒外壳蛋白颗粒的来源是____________________。
(5)在自然情况下，乙肝病毒与艾滋病病毒(单链RNA)哪一种更容易发生变异？______________。为什么？___________________________________________________。
13下列哪项不是基因工程中经常使用的用来运载目的基因的载体( )
A．细菌质粒
B．噬菌体
C．动植物病毒
D．细菌核区的DNA
14下列关于细胞工程的叙述中，错误的是( )
A．植物细胞融合必须先制备原生质体
B．试管婴儿技术包括人工授精和胚胎移植两方面
C．经细胞核移植培育出来的新个体只具有一个亲本的遗传性状
D．用于培养的植物器官或组织属于外植体
15单克隆抗体技术在疾病诊断和治疗以及生命科学研究中具有广泛的应用。下列关于单克隆抗体的叙述，错误的是( )
A．特异性强、灵敏度高
B．与抗癌药物结合可制成“生物导弹”
C．体外培养B淋巴细胞可大量分泌单克隆抗体
D．由浆细胞与骨髓瘤细胞融合而成的杂交瘤细胞分泌
16单克隆抗体与血清抗体相比，优越之处在于…( )
A．单克隆抗体能够制成“生物导弹”
B．单克隆抗体可以在体外制备
C．单克隆抗体的特异性强、灵敏度高，产量也大大高于血清抗体
D．单克隆抗体的制备过程简单
17下列关于疫苗的叙述，正确的是( )
A．所有的疫苗都是安全的
B．一次使用疫苗可以预防一生
C．疫苗能迅速激发机体免疫反应
D．疫苗既可预防疾病，也可治疗疾病
18关于细胞工程的说法不正确的是( )
A．培养动物细胞和植物细胞的重要区别在于培养基的不同
B．单克隆抗体与血清抗体相比，前者特异性强、灵敏度高、产量大
C．动物细胞培养不需要在无菌条件下进行，而植物细胞培养则需要在无菌条件下进行
D．在生物体内细胞没有表现出全能性，与基因表达的选择性密切相关
19利用基因工程生产蛋白质药物，经历了三个发展阶段。第一阶段，将人的基因转入细菌细胞；第二阶段，将人的基因转入小鼠等动物的细胞。前两个阶段都是进行细胞培养，提取药物。第三阶段，将人的基因转入活的动物体，饲养这些动物，从其乳汁或尿液中提取药物。
(1)将人的基因转入异种生物的细胞或个体内，能够产生药物蛋白的原理是基因能控制__________。
(2)人的基因能和异种生物的基因拼接在一起，是因为它们的分子都具有双螺旋结构，都是由四种______构成，基因中碱基配对的规律都是__________。
(3)人的基因在异种生物细胞中表达成蛋白质时，需要经过__________和翻译两个步骤。在翻译中需要的模板是__________，原料是氨基酸，直接能源是ATP，搬运工兼装配工是__________，将氨基酸的肽键连接成蛋白质的场所是________，“翻译”可理解为将由__________个“字母”组成的核酸“语言”翻译成由__________个“字母”组成的蛋白质“语言”，从整体来看__________在翻译中充当着“译员”的角色。
(4)利用转基因牛、羊乳汁提取药物工艺简单，甚至可直接饮用治病。如果将药物蛋白基因移到动物如牛、羊的膀胱上皮细胞中，利用转基因牛、羊尿液生产提取药物比乳汁提取药物的更大优越性在于：处于不同发育时期的__________性动物都可生产药物。
20紫草素是紫草细胞的代谢产物，可作为生产治疗烫伤药物的原料。用组织培养技术可以在生物反应器中通过培养紫草细胞生产紫草素。下图记录了生物反应器中紫草细胞产量、紫草素产量随培养时间发生的变化。
(1)在生产前，需先加入紫草细胞作为反应器中的“种子”。这些“种子”是应用组织培养技术，将紫草叶肉细胞经过__________而获得的。这项技术的理论基础是__________。
(2)从图中可以看出：反应器中紫草细胞的生长呈现________规律；影响紫草素产量的因素是________和________。
(3)在培养过程中，要不断通入无菌空气并进行搅拌的目的是________________________和____________________________。
参考答案
我夯基，我达标
1．B 解析：基因工程是分子水平(DNA)上的生物工程，具体操作过程是：①获取目的基因；②目的基因与运载体结合；③导入相应受体细胞；④检测是否表达。该过程不属于人工诱变，有较强的目的性。
2．B 解析：“转基因动物”是指基因组中导入外源基因的动物。
3．A 解析：基因工程中“剪刀”和“针线”是限制性核酸内切酶和DNA连接酶。
4．C 解析：“表达”是指基因能控制合成有关的蛋白质。
5．B 解析：利用含有人胰岛素基因的大肠杆菌生产胰岛素属于基因工程。
6．C 解析：杂交瘤细胞的增殖方式为有丝分裂；产物是单克隆抗体。
7．D 解析：单克隆抗体是由B淋巴细胞产生的，每一个B淋巴细胞只能产生一种抗体，因而具有较强的特异性。目前，体外制备单克隆抗体的方法是将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，形成杂交瘤细胞，在体外、体内都可以进行培养，最后经提取获得单克隆抗体。由于单克隆抗体有较强的特异性，所以可制成诊断盒用于疾病诊断，也可以与药物结合，用于病变细胞的定向治疗，还可以用基因工程技术生产。
8．C 解析：用大肠杆菌生产的胰岛素是基因工程药物，需应用的生物工程是基因工程、发酵工程和酶工程。
9．ABCD 解析：基因工程疫苗是利用基因工程可以删除细菌和病毒中抗原物质的基因或基因片段，获得减毒更彻底、遗传特性更稳定、不易发生毒力回复、安全性强的疫苗。
10.D 解析：效应T细胞不产生抗体，单克隆抗体是骨髓瘤细胞与B淋巴细胞融合后经培养产生的。
11．解析：从题图中很明显地看出有目的基因的提取、与运载体结合、导入受体细胞、表达等过程，干扰素是运用基因工程来生产的。酵母菌主要以出芽生殖来繁殖。人的干扰素基因在酵母菌细胞中也能表达产生干扰素，说明人和酵母菌共用一套密码子表。
答案：(1)干扰素基因 表达干扰素
(2)出芽方式 干扰素
(3)遗传密码子
12．解析：病毒的蛋白质颗粒在人体的核糖体上合成。乙肝疫苗进入人体内，产生体液免疫与细胞免疫。艾滋病病毒的遗传物质是单链的RNA，结构不稳定，易发生变异，乙肝病毒的遗传物质是DNA，结构稳定。
答案：(1)核糖体
(2)乙肝病毒表面抗原蛋白具有抗原性，但无感染性
(3)浆 内质网、高尔基体 效应T 细胞免疫和体液
(4)乙肝病毒中的DNA侵入肝细胞后留在肝细胞外的外壳蛋白颗粒(或者答感染了乙肝病毒的肝细胞损伤后溢出的未组装的外壳蛋白颗粒)
(5)艾滋病病毒 因为艾滋病病毒的遗传物质是单链RNA，结构不稳定，比乙肝病毒的双链DNA容易发生改变
我综合，我发展
13．D 解析：基因工程常用的运载体是细菌质粒、噬菌体和动植物病毒。
14．C 解析：经细胞核移植培育出来的新个体具有提供细胞核的亲本与提供细胞质的亲本的遗传物质，因而具有两个亲本的遗传性状。
15．C 解析：抗体是由B淋巴细胞分泌的，每一种淋巴细胞只能分泌一种抗体。要想获得大量单一抗体，需要将某一种淋巴细胞大量克隆，但是在体外培养的条件下，B淋巴细胞不能无限增殖。由效应B细胞与骨髓瘤细胞融合而成的杂交瘤细胞，能在体外培养的条件下大量增殖，并分泌单克隆抗体。单克隆抗体与常规抗体相比，特异性强，灵敏度高，与抗癌药物结合可制成“生物导弹”，直接作用于癌细胞。
16．C 解析：与常规抗体相比，单克隆抗体灵敏度高、特异性强。
17．C 解析：疫苗是一类接种后能激发人体免疫反应来抵抗某些传染病的生物制品。传统疫苗中的减毒疫苗一般只需要接种一次；灭活疫苗要多次接种才能达到免疫效果。减毒疫苗存在潜在的危险，疫苗不都是安全的。
18．C 解析：动物细胞培养和植物细胞培养都需要在无菌条件下进行。
19．解析：基因在生物细胞中表达成蛋白质需要经过转录和翻译两个过程，翻译是以mRNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。翻译的原料是20种氨基酸，搬运工是tRNA，场所是核糖体。利用转基因牛羊尿液生产提取药物比乳汁提取药物的更大优越性在于：处于不同发育时期的雌、雄性动物都可生产药物。
答案：(1)蛋白质的合成 (2)脱氧核苷酸 A与T、C与G配对 (3)转录 信使RNA(或mRNA) 转运RNA(或tRNA) 核糖体 420 tRNA (4)雌、雄
20．解析：离体的紫草细胞经过一系列变化，形成了无序结构的愈伤组织。愈伤组织虽然发生了细胞分化，但是并没有器官的产生。在由细胞到愈伤组织的过程中，要提供充足的营养和空气，并注意灭菌。愈伤组织的细胞中含有大量的紫草素可以提取出来。
答案：(1)脱分化(或脱分化形成愈伤组织) 细胞的全能性
(2)“S”型增长 细胞数量 细胞所处的生长期
(3)保证氧气供应充足 使细胞与培养液充分接触第二章
生物科学与工业
第一节
微生物发酵与食品生产
1下列不属于微生物范畴的是( )
A．原核生物
B．原生生物
C．真菌
D．微小生物
2控制细菌合成抗生素性状的基因，控制放线菌主要遗传性状的基因，控制病毒抗原特异性的基因依次位于
( )
①核区大型环状DNA上 ②质粒上 ③细胞核染色体上 ④衣壳内核酸上
A．①③④
B．①②④
C．②①③
D．②①④
3谷氨酸棒状杆菌异化作用的方式是需氧型，它的有氧呼吸的酶主要存在于( )
A．线粒体中
B．核糖体中
C．细胞质基质中
D．内质网中
4测定三种细菌类型对氧的需要，让它们在三支不同的试管中生长，下图显示了细菌的生长层。哪个是细菌类型的正确分类( )
只能在需氧培养基中繁殖
只能在无氧培养基中繁殖
在每种培养基中均能繁殖
A
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
B
Ⅲ
Ⅱ
Ⅰ
C
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
D
Ⅰ
Ⅲ
Ⅱ
5质粒是细菌中的一种特殊结构，它属于细菌的( )
A．染色体
B．细胞器
C．主要遗传物质载体
D．某些基因的载体
6抗生素是制药工业利润最高的产品，抗生素的生产常采用的方法是( )
A．生物的提取
B．化学合成
C．发酵工程
D．基因控制合成
7发酵工程的代谢产品分离提纯的方法包括( )
①过滤 ②沉淀 ③蒸馏 ④萃取 ⑤离子交换
A．①③⑤
B．②④⑤
C．③④⑤
D．②③④
8关于单细胞蛋白的叙述正确的是( )
A．是从微生物细胞中提取的蛋白质
B．通过发酵生产的微生物菌体
C．是微生物细胞分泌的抗生素
D．单细胞蛋白不能作为食品
9自养型微生物所需的碳源和能源为不同的物质，而异养型微生物作为碳源和能源的是( )
A．CO2
B.
NaHCO3
C．碳酸盐
D．含碳有机物
10下列不需要利用发酵工程的是( )
A．生产单细胞蛋白饲料
B．通过生物技术培育可移植的皮肤
C．利用工程菌生产胰岛素
D．工厂化生产青霉素
11下面是家庭酿造甜米酒的具体操作过程。先将米加热煮至七成熟，待冷却至30
℃，加少许的水和一定量的“酒药”(实际是酵母菌菌种)与米饭混合后置于一瓷坛内(其他容器也可)，在米饭中央挖一个小洞，加盖后置于适当地方保温(28
℃),12小时后即可。请从以下几个方面对发酵过程作一简单的分析。
(1)先将米煮一煮的目的是__________________________________________。
(2)为什么要冷却到30
℃后才能加入“酒药”？__________________________。
(3)在中央挖一个小洞的原因是_______________________________________________。
(4)发酵坛并没有完全密封，坛内无氧发酵的环境是如何形成的？__________________。
(5)家庭酿酒的关键是保温和放“酒药”，如果米的量很多而放的“酒药”太少，常常导致甜米酒因变质而失败。其主要原因是_________________________________________。
12下图为发酵装置，请据图回答：
(1)若该装置的pH检测及控制装置出现故障，可以采取的应急措施是________________，pH发生变化的原因是______________________________________________________。
(2)冷却水的进口是______，无菌空气的进口是______。
(3)若此装置用于酒精发酵和谷氨酸发酵，在发酵过程中，技术上的关键区别是____________________________________________________________________。
(4)若培养过程中进料和放料速度未变，但有效产物减少。如果是酒精发酵应该检查__________，如果是谷氨酸发酵可能的原因是________________________________。
(5)图中5]的作用是__________________________。若此装置损坏，对于无氧发酵，产量将__________。
13在下列发酵工程的实例中，需要在培养过程中通气的是( )
①用牛奶生产酸奶 ②用粮食酿酒 ③用粮食生产味精 ④生产青霉素
A．①②
B．②③
C．③④
D．①④
14下列对微生物连续培养优点的叙述中，不正确的是…
( )
A．能及时补充微生物所需要的营养物质，提高产量
B．有利于微生物尽快将代谢产物释放到培养基中
C．只有利于初级代谢产物的获得
D．提高了设备的利用率
15下列属于微生物不可缺少的微量有机物是( )
①牛肉膏 ②蛋白胨 ③氨基酸 ④维生素 ⑤碱基
⑥生物素
A．①②③
B．②③④
C．②③④⑤
D．③④⑤⑥
16黄色短杆菌合成赖氨酸的途径如下图所示，试分析要增加赖氨酸的产量，需要( )
A．增加天冬氨酸
B．增加天冬氨酸激酶
C．降低(消除)高丝氨酸脱氢酶
D．减少苏氨酸
17下图所示是发酵工程生产产品的流程图，据图回答下列问题：
(1)能生产人生长激素的工程菌是通过①培养的，①是__________；高产青霉素菌种是通过②培育的，②是__________，③是__________。
(2)④表示__________，⑤表示__________。
(3)整个过程的中心阶段是发酵，在此阶段需随时取样、检测__________等，以了解发酵进程，还要及时添加__________，同时严格控制__________。
(4)若⑥是单细胞蛋白的话，⑥是__________。
18在啤酒生产过程中，发酵是重要环节。生产过程大致如下：将经过灭菌的麦芽汁充氧，加入啤酒酵母菌菌种后输入发酵罐。初期，酵母菌迅速繁殖，糖浓度下降，产生白色泡沫，溶解氧渐渐耗尽。随后，酵母菌繁殖速度迅速下降，糖浓度加速降低，酒精浓度渐渐上升，泡沫不断增多。当糖浓度下降到一定程度后，结束发酵。最后分别输出有形物质和鲜啤酒。
根据上述过程回答以下问题：
(1)该过程表明啤酒酵母异化作用的特点是______________________________________。
(2)初期酵母菌消耗的糖中，98.5%形成了酒精和其他发酵产物，其余1.5%则是用于________。
(3)经测定酵母菌消耗的糖中，98.5%形成了酒精和其他发酵产物，其余1.5%则是用于________。
(4)请写出麦芽糖→葡萄糖→酒精的反应方程式。
(5)如果酵母菌消耗的糖(设为麦芽糖，其相对分子质量为342)有98.5%(质量分数)形成了酒精(相对分子质量为46.0)和其他发酵产物，设有500
t麦芽汁，其中麦芽糖的质量分数为8.00%，发酵后最多能生产酒精浓度为3.2%(质量分数)的啤酒多少吨？
参考答案
我夯基，我达标
1．D 解析：微生物包括原核微生物(细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体)；真核微生物(酵母菌、丝状真菌——霉菌)和非细胞型生物(病毒、亚病毒)。
2．D 解析：细菌质粒上的基因控制着细菌固氮、抗药性、抗生素生成等性状。放线菌是原核生物，核区大型环状DNA分子控制其主要遗传性状。病毒的遗传物质是衣壳内核酸，病毒的抗原特异性是由病毒的衣壳体现出来的，由核酸控制合成衣壳。
3．C 解析：对于真核细胞来说有氧呼吸的酶主要在线粒体的内膜和基质中，谷氨酸棒状杆菌是原核细胞没有线粒体，有氧呼吸的酶主要存在于细胞质基质中。
4．A 解析：从各试管中细菌生长层可看出：Ⅰ试管中细菌在培养液下层生长，属厌氧型细菌；Ⅱ试管中细菌均匀地分布于培养液中，说明该菌既可在有氧环境中生长，也可在无氧环境中生长；Ⅲ试管中细菌只在表层生长，说明是需氧型细菌。
5．D 解析：细菌是原核生物，它没有染色体和除核糖体外的细胞器。主要遗传物质是存在于核区内的环状DNA分子，存在于核区外的质粒控制着细菌的抗药性、固氮、抗生素生成等。
6．C 解析：抗生素是利用微生物通过发酵工程来生产的。
7．C 解析：发酵工程的代谢产品分离提纯的方法是蒸馏、萃取、离子交换等，发酵工程的菌体提纯的方法是过滤、沉淀等。
8．B 解析：解答此题需从如下几个方面入手：首先单细胞蛋白是利用淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液、石化产品等原料，通过发酵获得的大量的微生物菌体，所以不是特指微生物的某种蛋白质或抗生素；第二，单细胞蛋白含有丰富的蛋白质，如真菌蛋白可作为食品。
9．D 解析：碳源主要用于构成微生物的细胞物质和一些代谢产物，有些碳源还是异养微生物的主要能源物质，而异养微生物不能自己制造有机物，通常只能够利用现成的含碳有机物作碳源。
10．B 解析：移植的皮肤是通过细胞工程技术培育的，不需要利用发酵工程。而A、C、D都需要发酵工程来生产。
11．解析：家庭酿造甜米酒实际上是利用酵母菌进行发酵，在无氧的条件下产生酒精的过程。为达到良好效果，先将米煮一煮杀灭其他杂菌。大多数微生物的最适生长温度为25～37
℃，若温度过高，会抑制酵母菌的生命活动或杀死酵母菌。因此，要将米饭冷却至30
℃时方可加入菌种。发酵坛中央挖一个洞，可以让酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖，当酵母菌增殖到一定数目时，有氧呼吸产生的水等就会淹没了米饭，形成无氧环境，酵母菌进行发酵，酒精产物多，米酒质量高。高浓度的酒精(临床上用70%酒精进行消毒)可以抑制(杀死)微生物，再者容器封闭不严，有氧集中抑制了酵母菌的无氧呼吸，所以家庭自制的米酒，其酒精的含量不会太高。
答案：(1)为了杀死其他杂菌，防止其分解淀粉，以利于酵母菌的利用
(2)过高的温度会抑制或杀死酵母菌
(3)有利于透气，可保证酵母菌在开始生长时有足够的氧气，在短时间内迅速增殖
(4)有氧呼吸消耗大量的氧气，同时产生一部分水，容器中发酵液增多淹没了米饭，形成无氧环境
(5)加的“药酒”少，造成酵母菌起始密度过低，不能迅速增殖形成优势种群，往往导致杂菌感染而变质。家用容器封闭不严，有氧条件抑制无氧呼吸产生酒精
12．解析：图中1～5分别是指加料口、排气口、无菌空气口、冷却水进口和搅拌器。其中搅拌器的作用是把无菌空气打成细小气泡，增加溶解氧，并能使菌种与培养液充分接触，以利于发酵更好地进行。
答案：(1)添加缓冲液 代谢产物的积累或酸碱物质的消耗不均等
(2)4 3
(3)无菌空气是否通入
(4)通气量 溶氧降低或pH降低
(5)把无菌空气打成细小气泡，增加溶解氧，并能使菌种与培养液充分接触 不受大的影响
我综合，我发展
13．C 解析：在发酵过程中通气与否取决于菌种的代谢类型和产物类型。菌种按异养类型分为厌氧型、好氧型、兼气型。厌氧型不通气，如生产酸奶的乳酸菌；好氧型需通气，如产味精的谷氨酸棒状杆菌和青霉菌。兼性厌氧的酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。
14．C 解析：所谓连续培养就是在一个流动装置中，以一定的速度不断添加新的培养基，同时又以同样的速度不断放出老的培养基，这样保证了及时补充微生物所需的营养物质，延长稳定期，能提高产量，同时有利于微生物尽快将代谢产物释放到培养基中，提高了设备的利用率。
15．D 解析：微生物生长不可缺少的微量有机物叫做生长因子，主要包括维生素、氨基酸、碱基和生物素等，它们一般是酶和核酸的组成成分。
16．C 解析：从黄色短杆菌合成赖氨酸的途径可以看出，苏氨酸和赖氨酸都积累，就抑制天冬氨酸激酶的活性，使细胞内难以积累赖氨酸，而赖氨酸单独积累时就不会出现此现象。因此，要提高赖氨酸产量就必须阻止苏氨酸的生成，而消除高丝氨酸脱氢酶可以实现这一目的。
17．解析：在发酵工程中，要想通过发酵工程得到在种类、产量和质量等方面符合人们要求的产品，首先要有性状优良的菌种，选育菌种的方法有三种：基因工程、诱变育种和细胞工程。发酵工程的第二步是配制培养基。第三步是灭菌，要对培养基和发酵设备进行严格的灭菌，才能获取人类需要的发酵产品。第四步是扩大培养和接种。所谓扩大培养就是对选育的菌种进行多次培养，让它们达到一定数量以后，再进行接种。第五步是发酵过程，是发酵的中心阶段，在这个阶段除了要随时取样检测培养液中的细菌数目、产物浓度等以了解发酵进程外，还要及时添加必需的培养基成分，以满足菌种的营养需要，同时要严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等。因为环境条件的变化，不仅会影响菌种的生长繁殖，还会影响菌种代谢产物的形成。所谓单细胞蛋白就是通过发酵获得的大量微生物菌体。
答案：(1)基因工程 诱变育种 细胞工程
(2)接种 灭菌
(3)细菌数目和产物浓度 培养基 发酵条件(温度、pH、溶解氧、转速)
(4)微生物菌体
18．解析：酵母菌是一种真菌，在生态系统中属于分解者，其同化作用方式为异养型，异化作用方式在有氧条件下可进行有氧呼吸，在无氧条件下可进行无氧呼吸。在有氧条件下酵母菌通过有氧呼吸获得的能量多，能够进行繁殖，繁殖的主要方式是出芽生殖。在无氧条件下酵母菌通过无氧呼吸获得的能量少，繁殖慢。酵母菌在有氧条件下通过有氧呼吸只需分解少量的葡萄糖即能获得足够的能量用于生长、发育和繁殖。但在无氧条件下，通过无氧呼吸获得的能量很少，只有通过分解大量的葡萄糖才能获得生命活动所需的最低能量。第(4)小题酵母菌以麦芽糖为基质进行发酵的化学反应方程式为：
第一步将麦芽糖分解为葡萄糖：
C12H22O11＋H2O2C6H12O6；
第二步将葡萄糖分解为酒精和CO2：
C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量。
第(5)小题的计算是在生产实际中的一种知识的应用。由于题目中提供的数量都是质量分数，所以计算时均以质量为标准进行计算。计算的思路是：先计算500
t麦芽汁中含有的麦芽糖的实际质量为：500
t×8.0%＝40
t；其中用于发酵的麦芽糖的质量为40
t×98.5%＝39.4
t；按1个麦芽糖分子经酵母菌的发酵产生4分子酒精计算，39.4
t麦芽糖经酵母菌完全发酵最多可产生的酒精质量为：
设产生的酒精为x。
1C12H22O11―→4C2H5OH
342 4×46
39.4
t x
x＝39.4
t×4×46/342＝21.197
661
t
由于啤酒的酒精浓度为3.2%，所以可生产啤酒的量为：21.197
661
t÷3.2%≈662.43
t
总算式为：500
t×8.0%×98.5%×(46.0×4)/342]×(1/3.2%)≈662.43
t。
答案：(1)既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸
(2)出芽生殖
(3)酵母菌自身的生长和繁殖
(4)C12H22O11＋H2O2C6H12O6；C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量
(5)662
t。
