人教版高中生物选修2课件：第三章生物科学与工业（选修二）
文档属性
| 名称 | 人教版高中生物选修2课件：第三章生物科学与工业（选修二） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.0MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2019-02-16 20:41:46 | ||
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文档简介
课件105张PPT。第1节 微生物发酵及其应用课程标准?
举例说出发酵与食品生产。
课标解读?
1．说出微生物发酵生产的基本过程。
2．举例说出微生物发酵与食品生产的关系。
3．参与有关微生物发酵的调查活动。
4．通过发酵工程发展的历史，体验科学、技术、社会三
者间的紧密联系和互动。1857年，法国微生物学家巴斯德通过实验证明，酒精发酵是由活的_____引起的。
1897年，德国的毕希纳进一步发现了__在酵母发酵中的作用。
20世纪30年代传统发酵工业生产的新产品：酒精、乳酸、________、丙酮、丁醇、柠檬酸、______和______等。发酵工程史话1．2．3．酵母酶面包酵母淀粉酶蛋白酶20世纪40年代大规模生产_______、链霉素、金霉素、土霉素等，抗生素工业兴起。
20世纪50年代起： _______发酵工业、酶制剂工业、多糖和维生素发酵工业相继诞生。
20世纪70年代以后：有特殊生产能力的基因工程菌发酵产生_______、_________等。
微生物发酵一定是在无氧条件下进行的吗？
提示 不是。微生物发酵有的是无氧发酵，有的是有氧发酵。
[思维激活1]4．5．6．青霉素氨基酸胰岛素生长激素发酵工业大致经历的时期
(1)原始发展时期
人类有意无意地利用微生物已经有几千年的历史，在长期的生产实践中，积累了丰富经验。最初可能是人类发现储存水果会自然发酵变酒，而逐渐形成酿酒技术。相传，在埃及和中亚两河流域，在公元前40世纪至公元前30世纪已开始酿酒。我国利用微生物进行谷物酒类发酵，至少是在四千年前的龙山文化时期。在夏禹时期已有了关于仪侠酿旨酒，夏少康(即杜康)造秫酒的记载。随着社会的发展，又出现制酱和酱油、醋、泡菜、奶酒、干酪技术和面团发酵。这个时期，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。在几千年的文明史中，人们只知道这样做可以得到所需的东西，并不知道其中的原理。
(2)传统发酵工业时期
1857年法国微生物学家巴斯德通过实验证明了酒精发酵是由活的酵母引起的。1897年德国的毕希纳进一步发现，即使将酵母磨碎，仍然能使糖发酵形成酒精，他将这种具有发酵能力的物质称为酶。从而人们才开始了解发酵现象的本质。从19世纪末到20世纪30年代，随着人们对微生物世界认识的不断深入和发展，利用微生物生产的新产品不断出现，例如，酒精、乳酸、面包酵母、丙酮、丁醇、柠檬酸、淀粉酶和蛋白酶等。这些产品的生产，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，因此被称为传统发酵工业。
(3)现代发酵工业时期
1928年，弗莱明发现青霉素能杀菌。青霉素的发现和工业化生产，给人们带来巨大启迪。不久，链霉素、金霉素、土霉素等相继问世，从而兴起了一个新的工业——抗生素工业。生产抗生素的经验和设备很快被引用到其他发酵产品的生产上，极大地促进了这些产业的迅速发展，从而形成了一个全新的产业——现代发酵工业。
20世纪50年代的氨基酸发酵工业，60年代的酶制剂工业，70年代的多糖、维生素发酵工业，70年代以后生物大分子发酵技术相继诞生。这个时期生产技术要求高(由于多为好氧纯种发酵，需要通入无菌空气和保持无菌条件)；生产规模大(用于青霉素生产的搅拌通气发酵罐的体积达到500 m3，单细胞蛋白生产用的气升式发酵罐已达到2 000 m3)；技术发展速度快。因此，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。(4)生物技术产业时代
现在人们可以将源于动物或植物，甚至源于人的基因转移到诸如大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌等微生物中，获得具有特殊生产能力的基因工程菌。由于基因表达的产物均为蛋白质，因此在工业上利用基因工程菌大规模生产的产品，主要是用于治疗各种疾病的药物，又称为基因工程药物(如人胰岛素、人干扰素、人生长激素等，大约有40多种)，同样也可以用于不同目的的酶(比如用于将葡萄糖转化为高果糖糖浆的葡萄糖异构酶，用于生产青霉素母核的青霉素酰化酶，用在洗衣粉中的碱性蛋白酶等等)。除了利用基因工程开发新的产品外，利用基因工程对传统发酵和现代发酵工业上使用的菌种进行改造，也获得了巨大成功。 19世纪初，德国一位科学家发明了微生物分离与纯化技术，开创了人为控制微生物的时代。这位科学家是
( )。
A．科赫 B．施莱登 C．施旺 D．达尔文
解析 1905年德国微生物学家科赫建立了微生物的培养技术，故选A。
答案 A【巩固1】 1857年，微生物学家发现了发酵原理后才逐步形成了发酵工程，这位微生物学家是 ( )。
A．巴斯德 B．拉马克 C．列文虎克 D．科赫
解析 1857年，微生物学家巴斯德通过实验证明酒精是由活的酵母引起的，发现了发酵的原理。
答案 A【巩固2】
是利用_______在适宜的条件下，将原料经过特定的________转化为人类所需要的产物的过程。
不同的微生物具有产生不同_________的能力。例如：谷氨酸棒状杆菌发酵可以生产____，黄色短杆菌发酵可以生产_____
__。发酵生产过程探秘微生物1．发酵2．原理代谢途径代谢产物味精赖氨酸发酵过程
(1)选育菌种：可采用自然界选种、_____育种、_________
育种等。
(2)配制培养基：根据微生物的营养需要提供____、氮源、________、无机盐和水。
(3)灭菌：培养基和发酵设备均需严格灭菌。
(4)扩大培养和接种：大规模生产中需要使_____达到一定数量，将菌种接种到培养基上，接种时防止杂菌污染。
(5)发酵罐内发酵：要随时检测发酵进程，要及时满足菌种的_____需求，还要严格控制_____、pH、_______等发酵条件。3．诱变基因工程碳源生长因子菌种温度溶解氧营养(6)分离、提纯产物：如果产品是菌体，可采用_____、沉淀等方法；如果产品是________，可采用提取、____和纯化措施来获得产品。
利用酵母菌发酵生产酒精时，应如何控制氧气条件？
提示 先通空气，后密封。[思维激活2]过滤代谢产物分离好氧微生物发酵生产的流程图及其分析说明
(1)选育菌种
根据微生物遗传变异的特点，人们在生产实践中已经试验出一套行之有效的微生物育种方法。主要包括自然选育、诱变育种、杂交育种、原生质体融合、基因工程等。
(2)扩大培养1．(3)配制培养基
在菌种确定之后，要根据培养基的配制原则，选择原料制备培养基。培养基中应包含微生物需要的营养物质如碳源、氮源、生长因子、无机盐和水等。
配制培养基的原则：目的明确、营养物质协调、pH值适宜。如培养基中C/N比影响代谢：C/N＝4时，细菌繁殖较快；真菌在C/N＝10时，生长较快。谷氨酸发酵生产时，C/N＝4时，菌体繁殖快、产物少；C/N＝3时，菌体繁殖慢、产物多。细菌适宜pH≈4.5～6.0。
(4)灭菌
现代发酵工业绝大多数采用单一菌种发酵，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌，并进行无菌操作，一般采用高压蒸汽灭菌法。(5)接种
将多次扩大培养后的菌种接入工业发酵罐中，菌种的体积与发酵罐的体积比约为1∶10。
(6)发酵罐内发酵
发酵过程中，要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养组分，以满足微生物的营养需求。同时，要严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件。这是因为环境条件的变化，不仅会影响微生物的生长繁殖，而且会影响微生物代谢产物的形成。
(7)分离、提纯产物
将发酵液中的发酵产物进行分离纯化，是制取发酵产品不可缺少的阶段。产品不同，分离提纯的方法也不同。如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离，干燥即可得到产品。如果产品是代谢产物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。影响发酵的因素
(1)菌种
发酵是利用微生物来生产产品，因此菌种至关重要。现在工业上用于生产青霉素的微生物主要是青霉菌，生产味精的微生物是谷氨酸棒状杆菌，生产柠檬酸的微生物主要是黑曲霉。这是因为每一种微生物的代谢特征不同，它们产生特定产物的能力也不同。为了利用发酵生产所需的产物，不是随便拿来一个菌种就行。直接从自然界分离到的微生物不一定具有生产特定产物的能力，须在实验室里对几百株、数千株微生物进行筛选。2．(2)纯种发酵与灭菌
现代发酵工业绝大多数采用纯种发酵，可以保证高产及生产过程和产品质量的稳定。污染是发酵工业的大敌，它会使发酵失败，造成巨大损失。因此，灭菌和无菌操作成为发酵工业的重要环节。
(3)发酵培养基
现在大规模工业发酵产品的生产，多采用液体培养基进行深层发酵。使用的培养基必须满足微生物细胞生长、繁殖的需要，因为没有大量的细胞就不可能产生大量的产物；但是细胞的过分生长会消耗大量的营养物，有时又会影响细胞的生产能力，会使产物的产量和产率下降。使用的培养基还必须有利于微生物大量合成产物。因此，培养基的组成十分关键。(4)温度对微生物生长的影响
温度主要是通过影响微生物细胞内生物大分子的活性来影响微生物的生命活动。一方面，随着温度的升高，细胞内的酶反应速度加快；另一方面，随着温度的进一步升高，生物活性物质(蛋白质，核酸等)发生变性，细胞功能下降，甚至死亡。所以，每种微生物都有最适生长温度。
(5)pH对微生物生长的影响
培养基的pH对微生物生长的影响主要是引起细胞膜电荷变化，以及影响营养物离子化程度，从而影响微生物对营养物的吸收；pH也会影响生物活性物质，如酶的活性。与温度对微生物的影响类似，微生物存在最低生长pH、最适生长pH和最高生长pH。不同微生物对环境pH适应的范围不同。一般微生物生长的最适pH在4.0～9.0范围内。真菌生长的范围宽，细菌较窄(pH在3.0～4.0范围内)，细菌、放线菌一般适应于中性偏碱性环境，而酵母菌、霉菌适应于偏酸性环境。
(6)溶氧的影响
工业上大部分为好氧发酵，如抗生素、氨基酸、维生素、多糖、有机酸(细胞发酵生产乳酸例外)等发酵均需要往发酵液中通入无菌空气，以满足微生物生长代谢过程对氧的需求；而酒精、丙酮、丁醇和乳酸的细菌发酵为厌氧发酵，发酵过程不需要氧。 发酵工程的第一重要工作是选择优良的单一纯种，消灭杂菌，获得纯种的方法不包括 ( )。
A．根据微生物对碳源需求的差别，使用含有不同碳源的
培养基
B．根据微生物需要生长因子的种类，在培养基中增减不
同的生长因子
C．根据微生物遗传组成的差异，在培养基中加入不同比
例的核酸
D．根据微生物对抗菌素敏感性的差异，在培养基中加入
不同的抗菌素【巩固3】解析 微生物生长所必需的营养物质有碳源、氮源、无机盐、水和生长因子，不同微生物对营养物质的要求不同(水除外)，可以根据微生物的生长对碳源、氮源、无机盐和生长因子的需求来配制特殊的选择培养基，以便获得单一的菌种；也可以根据微生物对不同抗菌素的敏感性的差异，加入不同的抗菌素来获得单一的目的纯种。核酸虽然是微生物的组成成分，但不是它们所需要的营养成分，微生物不会因为培养基中加入的核酸不同，而培养出不同的物质。
答案 C生产日常食品：如馒头、面包、____、泡菜、______等。
生产食品添加剂：如味精、醋、_____等调味剂，各种食品营养增强剂，食品防腐剂，________。
单细胞蛋白是蛋白质吗？
提示 不是。单细胞蛋白是微生物菌体本身。发酵与食品生产[思维激活3]1．2．腐乳葡萄酒酱油食品色素发酵工程在食品工业上的应用
发酵工程在食品工业上的应用十分广泛，主要包括以下三方面。
(1)生产传统的发酵产品：如啤酒、果酒、白酒和食醋等，使产品的产量和品质得到明显的提高，特别是酒精饮料，是食品发酵工业中产量最大的一类产品。乳制品是仅次于酒精饮料的第二大食品发酵产品，其中酸奶是主要产品之一。
(2)生产各种各样的食品添加剂(如下表)，改善了食品的品质及色、香、味。 (3)随着人口的增长，粮食短缺已成为困扰人类的社会问题之一，而发酵工程的发展将为解决这一问题开辟新的途径。研究表明，微生物中含有丰富的蛋白质，如细菌的蛋白质含量占细胞干重的60%～80%，酵母菌的蛋白质含量占45%～65%，而且它们生长繁殖的速度很快。许多国家通过发酵获得大量的微生物菌体，这种微生物菌体就叫单细胞蛋白。单细胞蛋白用作饲料，能使家畜、家禽增重快，使产奶或产蛋量显著提高。用酵母菌等生产的单细胞蛋白可作为食品添加剂。最近国外市场上出现的一种真菌蛋白食品，就以其高蛋白、低脂肪的特点受到了消费者的欢迎。
除以上所述，发酵工程在生产生物杀虫剂、生物肥料和微生物除草剂等农用生产物资以及在生物能源开发方面也发挥了重要作用。此外，发酵工程也应用于生物冶金(如铜、铀、钴、锰等)。 用蔗糖、奶粉和经蛋白酶水解后的玉米胚芽液，通过乳酸菌发酵可生产新型酸奶，下列相关叙述中，错误的是 ( )。
A．蔗糖消耗量与乳酸生成量呈正相关
B．酸奶出现明显气泡说明有杂菌污染
C．应选择处于对数期的乳酸菌接种
D．只有奶粉为乳酸菌发酵提供氮源
解析 乳酸菌发酵是指乳酸菌在无氧条件下，在酶催化作用下，将糖等有机物分解成乳酸产物，并放出少量能量的过程。此过程中无气体产物，因此选项A、B是正确的。处于对数期的细菌代谢旺盛，个体的形态和生理特性比较稳定，常作为生产用菌种，故C也是对的。蛋白酶水解后的玉米胚芽液中含多肽物质，也可含氮源，故D是错误的。故选D。
答案 D【巩固4】 在将鲜牛奶制成酸奶的过程中，盛鲜奶的容器必须密封的主要原因是防止 ( )。
A．空气进入容器 B．产生的乳酸分解
C．水分过度蒸发 D．灰尘掉入容器
思维导图：【例1】深度剖析 酸奶中含有乳酸，而乳酸是无氧呼吸产物，有氧存在时会抑制乳酸的生成。故制酸奶时容器应密封。
答案 A
归纳总结 发酵对周围环境的物理和化学条件十分敏感，任何一种微生物发酵均需要适宜的温度、pH、溶解氧、营养物质等，保证最适的发酵条件是发酵成功获得高产产品的关键。 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
思维导图：【例2】深度剖析 生产单细胞蛋白是利用发酵工程生产微生物菌体本身的过程。利用工程菌生产胰岛素和工厂化生产青霉素是利用发酵工程。通过生物技术培育可移植的皮肤是利用细胞工程的动物细胞培养。
答案 B
反思领悟 发酵工程应用已非常广泛，现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸等，还生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物。下列不属于发酵的是 ( )。
A．利用需氧型青霉菌生产青霉素
B．缺氧时人的组织细胞产生乳酸
C．利用酵母菌的无氧呼吸获得酒精
D．利用乳酸菌制泡菜
解析 发酵是指在实际生产中，人们通过微生物的培养，大量生产各种代谢产物的过程。选项A、C、D是指分别通过培养青霉菌、酵母菌、乳酸菌获得它们的代谢产物青霉素、酒精、乳酸的过程，符合发酵的概念。而B选项中虽有代谢产物乳酸，但它既不是微生物所为，也不存在培养微生物的过程，更不能用于生产，所以不属于发酵。
答案 B1．发酵工业常利用酵母菌发酵获得酒精，那么酒精是酵母菌的 ( )。
A．有氧呼吸的产物 B．无氧呼吸的产物
C．单细胞蛋白 D．放线菌的代谢产物2．答案 B下列关于发酵过程的叙述中，不正确的是 ( )。
A．对培养基灭菌是发酵生产中的一个很重要的环节
B．随时检测影响发酵过程的各种环境条件，并予以控
制，才能保证发酵的正常进行
C．在发酵过程中，要严格控制温度、pH、溶氧、通气量
与转速等发酵条件，否则会影响菌种代谢产物的形成
D．发酵产品的分离方法是共同的
解析 不同的发酵产品其分离方法各不相同，有的需要过滤、沉淀，而有的则需进行蒸馏、萃取或离子交换。
答案 D3．发酵工程中培育优良品种的方法有多种，其中能定向培育新品种的方法是 ( )。
①人工诱变 ②基因工程 ③细胞杂交 ④自然选育
A．①②④ B．①③④ C．②③④ D．①②③
解析 人工诱变与诱变育种不同，人工诱变是指人工诱发生物产生基因突变，而基因突变是不定向的；诱变育种是用人工方法处理生物后，再从中选育符合生产要求的突变类型，具有明确的目的性和方向性。同样道理，基因工程、细胞杂交、自然选育均有明确的目的性和方向性，故这些方法均能定向培育新的品种。
答案 C4．下列不属于发酵工程产品的是 ( )。
A．疫苗 B．乙醇
C．生物杀虫剂 D．石油
解析 疫苗、乙醇、生物杀虫剂均可由发酵工程生产。其中乙醇可以作为石油的替代品，但发酵工程是不能生产石油的。石油是古代动植物遗体在地层中经过亿万年变化才形成的。
答案 D5．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入发酵罐。初期酵母菌迅速繁殖、糖度下降，产生白色泡沫，溶解氧渐渐耗尽。随后酵母菌繁殖速度迅速下降，糖度加速降低，酒精浓度渐渐上升，泡沫不断增多。当糖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，回答下列问题：
(1)该过程表明啤酒酵母菌异化作用的特点是______________
__________________________________________________。
(2)发酵初期，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%则用于______________________________。6．(4)请写出由麦芽糖―→葡萄糖―→酒精的反应方程式。
_____________________________________________________。
解析 解答该题需认真读题，从所给材料中捕捉有效信息。
(1)由题意可知，酵母菌接入发酵罐初期，代谢和繁殖旺盛，溶解氧渐渐耗尽，表明酵母菌进行了旺盛的有氧呼吸，而后代谢繁殖仍在进行，只是速度减慢，同时糖减少，酒精增加，表明其进行了酒精发酵，而酒精发酵为无氧呼吸的特征。由此可推出，啤酒酵母菌异化作用的特点是既能进行有氧呼吸，又能进行无氧呼吸。
(2)酵母菌繁殖方式包括出芽生殖、有性生殖等，但各生殖方式进行的条件是有区别的。条件适宜时主要为出芽生殖，这样可使酵母菌个体数量迅速增多。(3)环境中的糖是作为酵母菌生长繁殖的碳源和能源，除了形成酒精和其他代谢产物外，其余部分则用在了自身的生长繁殖上。
(4)麦芽糖的分子式在组成生物体的化合物中学到，麦芽糖―→葡萄糖的反应方程式虽然教材上未写出，但却指出二糖是水解后能够形成2分子单糖的糖，知道反应物和产物，配平可得出方程式。
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课堂小结微生物发酵及其应用发酵工程史话
发酵生产过程探秘
发酵与食品生产第2节 酶在工业生产中的应用课程标准?
举例说明酶在工业生产中的应用。
课标解读?
1．说出酶家族的概况及酶制剂的生产方法。
2．举例说明酶在工业生产中的应用。
3．尝试分析和收集有关酶的专利文献资料。
4．认同解决现实生活中的许多问题离不开科学技术，以
及科学技术是一个不断发展的过程。酶的种类
(1)根据存在部位分为：胞内酶和_____酶。
(2)根据酶催化的反应和所起的作用分为：氧化还原酶、______酶、裂解酶、连接酶、转移酶和_____酶六大类。
酶的优点
比无机催化剂___________、反应条件_____等优点。酶的家族与酶制剂的生产1．2．胞外水解催化效率高温和异构酶的生产
(1)微生物发酵生产：大量_________都是利用微生物发酵生产。
(2)基因工程菌发酵生产：一些_________是通过基因工程菌发酵生产。
固定化酶技术
(1)方法：采用多种办法将酶固定在一定的_____上，制备成_________的固体颗粒，称为固定化酶。
(2)固定化酶的优点：避免了_____产物，又可以_____使用，从而有助于实现反应的_____化和自动化。3．4．应用的酶重要的酶载体不溶于水污染反复连续 酶与一般无机催化剂的共性是什么？
提示 反应前后质量和性质不改变，不改变化学平衡点。 [思维激活1]直接使用酶和固定化酶催化反应的优缺点比较1．酶的固定化方法
(1)常用的制备固定化酶的主要方法有吸附法、交联法、包埋法等(如图所示)。2.(2)各种制备固定化酶方法的比较(如下表)知识拓展 固定化细胞技术
通过各种方法将细胞与一定的载体结合，使细胞仍保持原有的生物活性，这一过程称为细胞固定化。固定化细胞仍能进行正常的生长、繁殖和代谢，可以像游离的细胞一样应用于发酵生产。固定化细胞技术免去了破碎细胞提取酶等步骤，能充分利用细胞内的酶，因而固定化细胞内的酶活性基本没有改变。由于保留了细胞内原有的多酶系统，这样对于催化多步的连续反应优势就更加明显。固定化细胞的方法也有多种，常用的方法(见下表)：海藻酸钠凝胶包埋法制备固定化细胞的操作简便，条件温和，对细胞无毒性。通过改变海藻酸钠的浓度可以改变凝胶的孔径，适合于多种细胞的固定化。用海藻酸钠凝胶制备的固定化细胞已用于多种酶的发酵生产与研究。 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．有利于提高反应速率
D．有利于酶发挥作用
解析 固定化酶制剂的目的是降低生产成本。一是能够顺利地从发酵产物中把酶分离出来；二是能够使酶反复使用。酶的固定化，对酶的活性、酶作用的发挥、反应速率的提高，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。反应速率与底物的浓度、温度、pH等条件有关系。在底物浓度升高时，反应速率将提高；温度、pH适宜时，反应速率最快。
答案 B【巩固1】酶相比无机催化剂的优越性
(1)反应能在_____、常压和_______条件下进行，可以节省大量的能源和设备投资。
(2)生产过程中不会造成__________，符合环境保护的要求。
(3)生产过程简单，_______，产品质量好，生产成本低。
酶在工业生产中的应用1．常温中性PH严重的污染效率高应用
(1)已成功用于_____工业，不仅用于食品的直接生产，还用于改进工艺、简化生产过程、改善产品的品质和风味、延长储存期、提高产品产量和质量等方面。
(2)在_______和化工工业方面有着广泛的应用。
(3)在医药工业方面，可利用酶的催化反应生产_____。
试画出pH、T、底物浓度、酶浓度对酶活性的影响的曲线图。
提示 [思维激活2]2．食品轻工业药物工业上常用的酶及应用 现在生产的许多饮料和糖果中的甜味剂不是蔗糖而是高果糖浆，高果糖浆是淀粉通过一系列的催化作用转化而来的，在这一过程中不需要的酶是 ( )。
A．α-淀粉酶 B．糖化酶
C．葡萄糖异构酶 D．纤维素酶
解析 此题中酶的作用不是除去果肉细胞的细胞壁，而是将淀粉通过一系列的催化作用转化为高果糖浆。
答案 D【巩固2】 肝脏中的乙醇脱氢酶可催化乙醇氧化为乙醛，从而消除人的乙醇中毒，下列选项中能表示其过程的是 ( )。【例1】思维导图： 深度剖析 由题意“乙醇脱氢酶可催化乙醇氧化为乙醛”知乙醇脱氢酶为氧化还原酶；而分析各选项可知B项符合题意。
答案 B归纳总结 酶的分类（1）根据存
在的部位胞内酶：占酶的绝大多数，存在于细胞内。
如细胞内有氧呼吸酶等
胞外酶：占酶的小部分，分泌到细胞外。如
消化酶等 如下图所示是酶的几种固定方式示意图，其所采用的固定方法依次是 ( )。【例2】A．载体结合法，交联法，包埋法
B．交联法，载体结合法，包埋法
C．包埋法，载体结合法，交联法
D．包埋法，交联法，载体结合法思维导图：深度剖析 ①题图表示酶包埋在细微网格里，应属包埋法；②图表示许多酶分子通过特殊试剂连接起来，成网状结构，应属交联法；③图表示固定在一定的支持物上，可用物理吸附法、离子结合法和共价结合法固定。
答案 D
反思感悟 固定化酶的优点
酶被固定化后，大多数酶稳定性增加，因而可以通过过滤等简单的方法将酶从反应系统中取出，这样做既避免了污染产物，又可以反复利用，从而有助于实现反应的连续化和自动化。下列叙述中，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
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项是酶的化学本质，属于酶的概念；酶是活细胞产生的，但它不仅仅在生物体内发挥作用，离体的酶，只要在合适的条件下仍可发挥催化作用；在一定的温度范围内，酶的活性随温度的升高而升高，C项不能正确表述酶与温度的关系；D项表示了酶的专一性。
答案 D1．ATP的消耗利用需要的酶是 ( )。
A．水解酶 B．合成酶 C．异构酶 D．转移酶
解析 ATP水解为ADP和Pi，同时释放能量，需水解酶。
答案 A
下表关于酶与无机催化剂的叙述中，错误的是 ( )。
A．酶的催化条件是常温、常压和中性条件
B．酶催化反应不会造成严重的污染
C．无机催化剂生产过程复杂、成本高
D．酶和无机催化剂均具有催化效率高的特点
解析 本题考查酶与无机催化剂的比较。酶和无机催化剂均能催化有关反应，但只有酶具有高效性，而无机催化剂催化效率低，故D项错误。A、B、C项叙述均正确。
答案 D2．3．用于皮革工业的脱毛和软化的酶是 ( )。
A．脂肪酶 B．淀粉酶 C．蛋白酶 D．聚合酶
解析 动物皮毛由蛋白质构成，因此可用蛋白酶对皮革脱毛与软化。
答案 C4．5．下图是固定化酶连接的几种方式，据图回答。(1)甲方式叫____________，这种方法使用的载体有_______等。
(2)乙方式叫________，这种方法需要酶和载体都具有_______、________或________等官能团。
(3)丙方式叫________，此方法需要使用________，如_________等水溶性化合物。
(4)酶的固定方法大致可分为三类，即________、________和________。图中甲、乙方式属于________。
(5)经固定的酶的特性是___________________________________
______________________________________________________。
解析 本题考查酶的固定方法及特性，可结合题中的图示及教材讲解的有关内容确定答案。
答案 (1)离子结合法 离子交换树脂
(2)共价结合法 氨基 羧基 羟基
(3)交联法 交联剂 戊二醛
(4)载体结合法 交联法 包埋法 载体结合法
(5)不仅仍具有催化性质，而且稳定性提高，反复利用课堂小结酶在工业生产中的应用酶的种类
酶制剂的生产酶的家族与酶
制剂的生产
酶在工业生产中的应用第3节 生物技术药物与疫苗课程标准?
举例说明生物工程技术药物和疫苗的生产原理。
课标解读?
1．简述生物技术药物的概念。
2．举例说明基因工程药物、细胞工程药物的生产原理和意
义。
3．举例说明生物技术疫苗的生产原理和意义。
4．进一步体验科学技术是一个不断发展的过程及理解科学、
技术、社会三者间的关系。
一般是指利用________技术或其他_________生产的药物。
包括_____工程药物、酶工程药物、发酵工程药物、 _____工程药物等。生物技术药物1．概念2．种类DNA重组生物技术基因细胞基因工程药物
(1)生产过程：获得_________―→构建___________―→工程菌大规模培养―→产物_________―→除菌过滤―→半成品检测―→成品加工―→成品检测。
(2)最主要的环节：______________。
(3)特点：_______地生产各种高质量、低成本的药品。
细胞工程药物
(1)植物细胞培养制取药物的生产过程：植物细胞株―→____培养―→________培养―→____细胞―→提取____产物―→药物制剂。3．4．目的基因基因工程菌分离纯化构建基因工程菌高效率固体液体悬浮收集纯化(2)应用：细胞培养生产药用植物如人参、甘草、_______、黄连、银杏、紫草和长春花等。通过动物细胞培养生产如_____疫苗、狂犬病疫苗、___________疫苗等疫苗，以及干扰素、白细胞介素、肿瘤坏死因子等药物。
基因工程药物的化学成分是什么？
提示 蛋白质。
[思维激活]红豆杉乙肝脊髓灰质炎基因工程药物
(1)基因、转基因与基因工程药物
人类的所有疾病几乎都与基因有关，因此，早在“人类基因组”计划还未付诸实现的时候，科学家们就已经在研制基因工程药物了。他们把通过克隆取得的外源目的基因(一般是人的DNA)，整合到动物受精卵的染色体内，使之在动物体内得到表达并能稳定地遗传给后代，这种含有外源基因的动物就叫做转基因动物。一头转基因动物就是一座天然基因药物制造厂。利用转基因动物来生产基因药物是一种全新的生产模式，与传统的制药技术相比具有无可比拟的优越性。1．(2)基因工程药物生产的大致过程
获得目的基因―→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。
(3)传统生产技术与基因工程药物生产技术的比较
①使用传统技术，从动物脏器提取这些物质因含量太低、成本太高，使其应用受到限制；此外，在提取过程中还可能造成药物被病毒感染，制成的药物会对病人产生严重后果；作为非人源蛋白质，长期使用会产生免疫反应等。②用基因工程可直接使用来源于人的基因生产药物，可以从根本上解决上述问题。其最大的好处是：不仅可以大量生产过去难以获得的来源于人的各种生理活性的蛋白质和多肽药物，为临床应用提供保证，还可以深入研究它们的生理、生化特性和结构，从而扩大这些物质的应用范围，发现和挖掘出更多的生理活性物质。通过基因工程对基因进行改造，可以生产出性能更加优良的药物。
③基因工程药物生产与传统意义上的药物生产有许多不同，它使用的是活细胞，产品又多是大分子的具有复杂结构和生理功能的蛋白质，因而基因表达、宿主菌生长、产品精制、产品质量和药效等，都可能因为原料、生产工艺、条件，甚至环境等生产过程的每一步的变化而受到影响。因此，严格控制生产过程的每一步和进行严格的检测，确保产品质量和安全有效是基因工程药物生产中必不可少的。细胞工程药物
主要是利用细胞工程技术来生产的药物。
(1)细胞工程药物解决了传统动植物药物生产与生物资源保护的矛盾。
①传统动植物药物的特点：高效、低毒、副作用少。
②传统动植物药物生产的不足：这些药物有许多是来自珍稀濒危动植物，随着这些药物的需求量日益增大，人们对野生生物资源进行大规模猎取、采集和开发，导致了生态环境和物种资源的破坏。
③细胞工程解决了传统动植物药物生产的不足。2．(2)植物细胞培养制取药物
①制取药物的流程
植物细胞株―→固体培养―→液体悬浮培养―→收集细胞―→提取纯化产物―→药物制剂
②植物细胞培养的应用
一是许多药用植物(人参、甘草、红豆杉、黄连、银杏、紫草和长春花等)的细胞培养均获得成功；二是利用红豆杉细胞培养生产抗癌药物紫杉醇，利用紫草细胞培养生产紫草素。
下列关于基因工程药物的叙述中，不正确的是
( )。
A．基因工程药物的优点是质量高、成本低
B．基因工程药物解决了受原料来源的限制
C．基因工程药物的关键环节是构建工程菌
D．基因工程药物毒性高、副作用大
解析 考查基因工程药物的生产及特点。
答案 D【巩固1】1．疫苗是一种特殊的_____，它____用于治疗疾病，而是
用于_____疾病。
2．DNA疫苗又称_________，在某些肿瘤艾滋病和肝炎的
_____上可以发挥独特的作用。生物技术疫苗药物不是预防核酸疫苗预防传统疫苗与新型疫苗
用于预防疾病的疫苗有细菌性疫苗、病毒性疫苗和类毒素疫苗。从疫苗的生产技术来说，疫苗分为传统疫苗和新型疫苗两大类。
(1)传统疫苗
传统疫苗包括灭活疫苗、减毒疫苗和亚单位疫苗。灭活疫苗是用致病的微生物或其代谢产物，接种到动物、鸡胚、组织或细胞培养物中，经生长繁殖后，用化学(丙酮、甲醛、酚等)或物理(加热、紫外线照射)等方法将病原体杀死而获得的疫苗，因此，又称为“死”疫苗。减毒疫苗是通过适当方法，以降低毒性或无毒的全病原体为抗原的疫苗。而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。1．(2)新型疫苗
新型疫苗主要包括基因工程疫苗和核酸疫苗。基因工程疫苗包括基因亚单位疫苗、基因工程载体疫苗、基因缺失活疫苗、合成肽疫苗和抗独特型抗体疫苗。核酸疫苗包括DNA疫苗和RNA疫苗。根据它们的基本特征，也可分为活疫苗和灭活疫苗两大类。
新型疫苗的优越性
传统疫苗，不论是灭活疫苗还是减毒疫苗，在生产过程中，必须大量培养病原体，即致病的病菌和病毒。尽管现代的生产技术、设备和管理已经达到相当高的水平，人们依然还是担心病原体的泄漏和对环境的污染，从而引起疾病的发生和传播。减毒的病原体毕竟还是有一定的毒性，还存在恢复突变的问题。如果控制不好，生产的疫苗可能具有一定毒性，会对人产生伤害。而灭活疫苗生产使用的是高毒性的病原体，一旦泄漏，或灭活不彻底，对环境和人会产生很大的伤害。因此，传统疫苗的生产和产品质量都存在一定的风险。2．另外，传统疫苗的制剂组成比较复杂，制剂中不仅含有抗原，还可能含有少量的在培养过程中产生的一些物质，以及培养基的组分等，这些物质都可能对人产生一定的影响。为了解决这些问题，就需要通过抗原纯化，制备纯化组分疫苗(如肺炎球菌夹膜的糖疫苗)和亚单位疫苗(如乙型肝炎表面抗原单位疫苗，霍乱毒素B单位疫苗)，去除病原体中的有害成分，使其安全有效。
新型疫苗主要包括基因工程疫苗和核酸疫苗。
利用基因工程将病原体的某个抗原基因或某几个抗原基因转入适当的宿主，进行表达，获得的表达产物作为抗原使用，这称为基因工程疫苗。比如，国际上大多数国家都使用基因工程乙型肝炎疫苗代替血源疫苗，它可以避免血源疫苗的潜在危险。现在人们几乎可以利用基因工程表达任何具有免疫原性的蛋白质或多肽，用来制备基因工程疫苗。还可以将具有免疫原性的多肽与载体偶联，以便增加其免疫原性。由于多肽疫苗具有有效的特异性免疫应答，避免了可能的危害作用。
核酸疫苗包括DNA疫苗和RNA疫苗，是近年备受人们关注的新型疫苗。它是由编码能够引起保护性免疫反应的病原体抗原的基因片段和载体构建而成，然后导入人体进行表达，产生抗原，引起免疫反应。与其他疫苗相比，它的优点是：①制备的疫苗具有天然抗原形式，没有病原体在体内复制和复制后致病的问题，也不存在恢复突变和毒力返祖问题。②免疫应答全面。可引起细胞免疫和体液免疫，也能诱导细胞毒性T淋巴细胞，从而预防细胞内感染性疾病。③单次接种可诱导长期或终身免疫。④生产迅速简便，成本低。⑤制备的疫苗不需要冷藏，易于保存和运输。⑥可以将具有不同抗原性的疫苗联合接种，有利于制成联合疫苗。⑦核酸疫苗能够完善婴儿的抗体应答，促进细胞内抗原的清除，防止母体抗体介导的抑制。但是，DNA疫苗也存在许多问题，比如，a.刺激机体免疫反应的能力比较弱；b.目的基因往往表达水平不高；c.在体内抗原蛋白的表达能够持续多久还不清楚；d.导入人体的外源DNA有整合的危险，且整合的位点难以控制，有可能诱发基因突变；还可能引起免疫系统自身紊乱。因此，对核酸疫苗需要进行深入研究，对其安全性和长效性进行观察，全面权衡核酸疫苗的利弊。 下列不属于新型疫苗的是 ( )。
A．DNA疫苗 B．基因工程疫苗
C．亚单位疫苗 D．RNA疫苗
答案 C【巩固2】 以下不是用基因工程方法生产的药物是 ( )。
A．干扰素 B．白细胞介素
C．紫杉醇 D．乙肝疫苗
思维导图：【例1】深度剖析 基因工程药物主要有细胞因子、抗体、疫苗、激素等。如白细胞介素－2、干扰素、乙肝疫苗等，是利用基因工程技术将外源基因导入细菌，使其高效表达得到的。紫杉醇是应用植物细胞培养的方法制取的药物，属于细胞工程药物。
答案 C
方法技巧 基因工程药物就是利用转基因技术将外源基因导入受体细胞并高效表达的产物。而基因表达的产物是蛋白质，故可逐项分析各药物的成分而得以解答。 疫苗与人类的身体健康关系密切。下列有关疫苗的叙述不正确的是 ( )。
A．疫苗不是用于治疗疾病，而是用于预防疾病
B．疫苗能刺激人体，使人产生相应的抗体
C．疫苗可通过注射或口服进入人体
D．人类通过接种牛痘疫苗消灭了脊髓灰质炎
思维导图：【例2】深度剖析 疫苗是经过处理的病原微生物，它可以通过口服或注射进入人体，可以在人体不患病的情况下激活其免疫系统，产生相应的抗体，通过抗体控制和消灭进入人体的某些病原体，从而达到预防疾病的目的，故A、B、C项均正确。人类接种牛痘疫苗，身体内会产生抵抗天花病毒的抗体，要预防脊髓灰质炎，需要使用脊髓灰质炎疫苗，故D项错误。
答案 D
反思感悟 疫苗是经过减毒或灭毒的病原微生物，在免疫学上属于抗原。机体接种某种疫苗，机体内则可产生相应的抗体和记忆细胞等，从而起到预防该种病原微生物的作用。下列关于生物技术的叙述中，错误的是 ( )。
A．生物技术也称生物工程
B．生物技术包括基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程
C．生物技术就是将活的生物体、生命体系或生命过程进行
产业化的过程
D．生物技术只能应用于生物技术药物的生产
解析 生物技术是一种综合技术，涉及生物化学、分子生物学、微生物学、遗传学及工程技术。其应用范围很广泛，除了应用于生物技术药物生产外，在育种、食品工业、医学领域等许多方面均有广阔的应用前景。
答案 D1.下列有关基因工程技术的应用中，对人类不利的是 ( )。
A．制造“工程菌”用于药品生产
B．创造“超级菌”分解石油、DDT
C．基因工程药物的使用，使细菌的进化速度加快，产生耐
药性
D．导入外源基因替换缺陷基因
解析 变异是不定向的，且一般是有害的。
答案 C2．下列关于基因工程药物的说法，正确的是( )。
A．基因工程药物的生产过程中，最主要的环节是工程菌
大规模培养
B．构建工程菌时需要将人的全部基因导入受体细胞
C．工程菌大规模培养时可以在任意条件下进行
D．将目的基因导入受体细胞后，需要做目的基因的检测
和表达，才能确保最后成功
解析 基因工程药物生产的关键环节是构建工程菌；导入的是目的基因，而不是生物的全部基因。工程菌培养时需要适宜的温度、pH、O2含量。
答案 D3．下列关于细胞工程药物的说法，不正确的是 ( )。
A．利用植物细胞培养技术可生产植物药物
B．解决了传统动植物药物的采集、猎取对生态环境和物
种资源的破坏
C．动物细胞比大肠杆菌更适合产生人及高等动物的基因
表达产物
D．动物细胞工程目前只用于药物生产
解析 动物细胞工程能应用于许多方面。
答案 D4．(多选)下列属于新型疫苗的是 ( )。
A．灭活疫苗 B．亚单位疫苗
C．抗独特型抗体疫苗 D．DNA疫苗
解析 灭活疫苗、亚单位疫苗为传统疫苗，抗独特型抗体疫苗为基因工程疫苗，DNA疫苗为核酸疫苗。
答案 CD5．既是现在世界各国生物技术研究开发方面的重点，又是生物技术中发展最快、最活跃和最为成熟的领域是 ( )。
A．生物技术药物和疫苗的研究和生产
B．基因诊断和基因治疗
C．克隆和胚胎分割
D．设施农业
解析 目前生物技术中发展最快、最活跃、最成熟的领域是生物技术药物和疫苗的研究和生产。
答案 A6．利用基因工程生产蛋白质药物，经历了三个发展阶段。第一个阶段，将人的基因转入细菌细胞；第二个阶段，将人的基因转入小鼠等动物细胞。这两个阶段都是进行细胞培养，提取药物；第三个阶段，将人的基因转入活的动物体，再饲养这些转基因动物，从动物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________________________。
(2)人类基因能和异种生物的细胞或个体中的基因拼接(整合)在一起，是因为它们的DNA分子具有________结构，都是由四种__________构成，基因中的碱基都能够____________。7．(3)人的基因在异种生物细胞中表达成蛋白质时，需要经____________和________两个步骤，第一步的模板是________，原料是________提供的____________，第二步的模板是____________________，原料是________。“搬运工”兼“装配工”是________，在异种生物细胞的______中合成药物蛋白。
(4)利用转基因牛、羊乳汁可以提取药物，甚至可能直接用于治病，因为其乳汁中含有______________。
答案 (1)基因控制蛋白质的合成
(2)双螺旋 脱氧核苷酸 互补配对
(3)转录 翻译 人的一段DNA的一条链 异种生物 核糖核苷酸 特定的一段信使RNA 氨基酸 转运RNA 核糖体
(4)药物蛋白课堂小结生物技术药物与疫苗生物技术药物生物技术疫苗基因工程药物
细胞工程药物基因工程疫苗
核酸疫苗
举例说出发酵与食品生产。
课标解读?
1．说出微生物发酵生产的基本过程。
2．举例说出微生物发酵与食品生产的关系。
3．参与有关微生物发酵的调查活动。
4．通过发酵工程发展的历史，体验科学、技术、社会三
者间的紧密联系和互动。1857年，法国微生物学家巴斯德通过实验证明，酒精发酵是由活的_____引起的。
1897年，德国的毕希纳进一步发现了__在酵母发酵中的作用。
20世纪30年代传统发酵工业生产的新产品：酒精、乳酸、________、丙酮、丁醇、柠檬酸、______和______等。发酵工程史话1．2．3．酵母酶面包酵母淀粉酶蛋白酶20世纪40年代大规模生产_______、链霉素、金霉素、土霉素等，抗生素工业兴起。
20世纪50年代起： _______发酵工业、酶制剂工业、多糖和维生素发酵工业相继诞生。
20世纪70年代以后：有特殊生产能力的基因工程菌发酵产生_______、_________等。
微生物发酵一定是在无氧条件下进行的吗？
提示 不是。微生物发酵有的是无氧发酵，有的是有氧发酵。
[思维激活1]4．5．6．青霉素氨基酸胰岛素生长激素发酵工业大致经历的时期
(1)原始发展时期
人类有意无意地利用微生物已经有几千年的历史，在长期的生产实践中，积累了丰富经验。最初可能是人类发现储存水果会自然发酵变酒，而逐渐形成酿酒技术。相传，在埃及和中亚两河流域，在公元前40世纪至公元前30世纪已开始酿酒。我国利用微生物进行谷物酒类发酵，至少是在四千年前的龙山文化时期。在夏禹时期已有了关于仪侠酿旨酒，夏少康(即杜康)造秫酒的记载。随着社会的发展，又出现制酱和酱油、醋、泡菜、奶酒、干酪技术和面团发酵。这个时期，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。在几千年的文明史中，人们只知道这样做可以得到所需的东西，并不知道其中的原理。
(2)传统发酵工业时期
1857年法国微生物学家巴斯德通过实验证明了酒精发酵是由活的酵母引起的。1897年德国的毕希纳进一步发现，即使将酵母磨碎，仍然能使糖发酵形成酒精，他将这种具有发酵能力的物质称为酶。从而人们才开始了解发酵现象的本质。从19世纪末到20世纪30年代，随着人们对微生物世界认识的不断深入和发展，利用微生物生产的新产品不断出现，例如，酒精、乳酸、面包酵母、丙酮、丁醇、柠檬酸、淀粉酶和蛋白酶等。这些产品的生产，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，因此被称为传统发酵工业。
(3)现代发酵工业时期
1928年，弗莱明发现青霉素能杀菌。青霉素的发现和工业化生产，给人们带来巨大启迪。不久，链霉素、金霉素、土霉素等相继问世，从而兴起了一个新的工业——抗生素工业。生产抗生素的经验和设备很快被引用到其他发酵产品的生产上，极大地促进了这些产业的迅速发展，从而形成了一个全新的产业——现代发酵工业。
20世纪50年代的氨基酸发酵工业，60年代的酶制剂工业，70年代的多糖、维生素发酵工业，70年代以后生物大分子发酵技术相继诞生。这个时期生产技术要求高(由于多为好氧纯种发酵，需要通入无菌空气和保持无菌条件)；生产规模大(用于青霉素生产的搅拌通气发酵罐的体积达到500 m3，单细胞蛋白生产用的气升式发酵罐已达到2 000 m3)；技术发展速度快。因此，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。(4)生物技术产业时代
现在人们可以将源于动物或植物，甚至源于人的基因转移到诸如大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌等微生物中，获得具有特殊生产能力的基因工程菌。由于基因表达的产物均为蛋白质，因此在工业上利用基因工程菌大规模生产的产品，主要是用于治疗各种疾病的药物，又称为基因工程药物(如人胰岛素、人干扰素、人生长激素等，大约有40多种)，同样也可以用于不同目的的酶(比如用于将葡萄糖转化为高果糖糖浆的葡萄糖异构酶，用于生产青霉素母核的青霉素酰化酶，用在洗衣粉中的碱性蛋白酶等等)。除了利用基因工程开发新的产品外，利用基因工程对传统发酵和现代发酵工业上使用的菌种进行改造，也获得了巨大成功。 19世纪初，德国一位科学家发明了微生物分离与纯化技术，开创了人为控制微生物的时代。这位科学家是
( )。
A．科赫 B．施莱登 C．施旺 D．达尔文
解析 1905年德国微生物学家科赫建立了微生物的培养技术，故选A。
答案 A【巩固1】 1857年，微生物学家发现了发酵原理后才逐步形成了发酵工程，这位微生物学家是 ( )。
A．巴斯德 B．拉马克 C．列文虎克 D．科赫
解析 1857年，微生物学家巴斯德通过实验证明酒精是由活的酵母引起的，发现了发酵的原理。
答案 A【巩固2】
是利用_______在适宜的条件下，将原料经过特定的________转化为人类所需要的产物的过程。
不同的微生物具有产生不同_________的能力。例如：谷氨酸棒状杆菌发酵可以生产____，黄色短杆菌发酵可以生产_____
__。发酵生产过程探秘微生物1．发酵2．原理代谢途径代谢产物味精赖氨酸发酵过程
(1)选育菌种：可采用自然界选种、_____育种、_________
育种等。
(2)配制培养基：根据微生物的营养需要提供____、氮源、________、无机盐和水。
(3)灭菌：培养基和发酵设备均需严格灭菌。
(4)扩大培养和接种：大规模生产中需要使_____达到一定数量，将菌种接种到培养基上，接种时防止杂菌污染。
(5)发酵罐内发酵：要随时检测发酵进程，要及时满足菌种的_____需求，还要严格控制_____、pH、_______等发酵条件。3．诱变基因工程碳源生长因子菌种温度溶解氧营养(6)分离、提纯产物：如果产品是菌体，可采用_____、沉淀等方法；如果产品是________，可采用提取、____和纯化措施来获得产品。
利用酵母菌发酵生产酒精时，应如何控制氧气条件？
提示 先通空气，后密封。[思维激活2]过滤代谢产物分离好氧微生物发酵生产的流程图及其分析说明
(1)选育菌种
根据微生物遗传变异的特点，人们在生产实践中已经试验出一套行之有效的微生物育种方法。主要包括自然选育、诱变育种、杂交育种、原生质体融合、基因工程等。
(2)扩大培养1．(3)配制培养基
在菌种确定之后，要根据培养基的配制原则，选择原料制备培养基。培养基中应包含微生物需要的营养物质如碳源、氮源、生长因子、无机盐和水等。
配制培养基的原则：目的明确、营养物质协调、pH值适宜。如培养基中C/N比影响代谢：C/N＝4时，细菌繁殖较快；真菌在C/N＝10时，生长较快。谷氨酸发酵生产时，C/N＝4时，菌体繁殖快、产物少；C/N＝3时，菌体繁殖慢、产物多。细菌适宜pH≈4.5～6.0。
(4)灭菌
现代发酵工业绝大多数采用单一菌种发酵，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌，并进行无菌操作，一般采用高压蒸汽灭菌法。(5)接种
将多次扩大培养后的菌种接入工业发酵罐中，菌种的体积与发酵罐的体积比约为1∶10。
(6)发酵罐内发酵
发酵过程中，要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养组分，以满足微生物的营养需求。同时，要严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件。这是因为环境条件的变化，不仅会影响微生物的生长繁殖，而且会影响微生物代谢产物的形成。
(7)分离、提纯产物
将发酵液中的发酵产物进行分离纯化，是制取发酵产品不可缺少的阶段。产品不同，分离提纯的方法也不同。如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离，干燥即可得到产品。如果产品是代谢产物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。影响发酵的因素
(1)菌种
发酵是利用微生物来生产产品，因此菌种至关重要。现在工业上用于生产青霉素的微生物主要是青霉菌，生产味精的微生物是谷氨酸棒状杆菌，生产柠檬酸的微生物主要是黑曲霉。这是因为每一种微生物的代谢特征不同，它们产生特定产物的能力也不同。为了利用发酵生产所需的产物，不是随便拿来一个菌种就行。直接从自然界分离到的微生物不一定具有生产特定产物的能力，须在实验室里对几百株、数千株微生物进行筛选。2．(2)纯种发酵与灭菌
现代发酵工业绝大多数采用纯种发酵，可以保证高产及生产过程和产品质量的稳定。污染是发酵工业的大敌，它会使发酵失败，造成巨大损失。因此，灭菌和无菌操作成为发酵工业的重要环节。
(3)发酵培养基
现在大规模工业发酵产品的生产，多采用液体培养基进行深层发酵。使用的培养基必须满足微生物细胞生长、繁殖的需要，因为没有大量的细胞就不可能产生大量的产物；但是细胞的过分生长会消耗大量的营养物，有时又会影响细胞的生产能力，会使产物的产量和产率下降。使用的培养基还必须有利于微生物大量合成产物。因此，培养基的组成十分关键。(4)温度对微生物生长的影响
温度主要是通过影响微生物细胞内生物大分子的活性来影响微生物的生命活动。一方面，随着温度的升高，细胞内的酶反应速度加快；另一方面，随着温度的进一步升高，生物活性物质(蛋白质，核酸等)发生变性，细胞功能下降，甚至死亡。所以，每种微生物都有最适生长温度。
(5)pH对微生物生长的影响
培养基的pH对微生物生长的影响主要是引起细胞膜电荷变化，以及影响营养物离子化程度，从而影响微生物对营养物的吸收；pH也会影响生物活性物质，如酶的活性。与温度对微生物的影响类似，微生物存在最低生长pH、最适生长pH和最高生长pH。不同微生物对环境pH适应的范围不同。一般微生物生长的最适pH在4.0～9.0范围内。真菌生长的范围宽，细菌较窄(pH在3.0～4.0范围内)，细菌、放线菌一般适应于中性偏碱性环境，而酵母菌、霉菌适应于偏酸性环境。
(6)溶氧的影响
工业上大部分为好氧发酵，如抗生素、氨基酸、维生素、多糖、有机酸(细胞发酵生产乳酸例外)等发酵均需要往发酵液中通入无菌空气，以满足微生物生长代谢过程对氧的需求；而酒精、丙酮、丁醇和乳酸的细菌发酵为厌氧发酵，发酵过程不需要氧。 发酵工程的第一重要工作是选择优良的单一纯种，消灭杂菌，获得纯种的方法不包括 ( )。
A．根据微生物对碳源需求的差别，使用含有不同碳源的
培养基
B．根据微生物需要生长因子的种类，在培养基中增减不
同的生长因子
C．根据微生物遗传组成的差异，在培养基中加入不同比
例的核酸
D．根据微生物对抗菌素敏感性的差异，在培养基中加入
不同的抗菌素【巩固3】解析 微生物生长所必需的营养物质有碳源、氮源、无机盐、水和生长因子，不同微生物对营养物质的要求不同(水除外)，可以根据微生物的生长对碳源、氮源、无机盐和生长因子的需求来配制特殊的选择培养基，以便获得单一的菌种；也可以根据微生物对不同抗菌素的敏感性的差异，加入不同的抗菌素来获得单一的目的纯种。核酸虽然是微生物的组成成分，但不是它们所需要的营养成分，微生物不会因为培养基中加入的核酸不同，而培养出不同的物质。
答案 C生产日常食品：如馒头、面包、____、泡菜、______等。
生产食品添加剂：如味精、醋、_____等调味剂，各种食品营养增强剂，食品防腐剂，________。
单细胞蛋白是蛋白质吗？
提示 不是。单细胞蛋白是微生物菌体本身。发酵与食品生产[思维激活3]1．2．腐乳葡萄酒酱油食品色素发酵工程在食品工业上的应用
发酵工程在食品工业上的应用十分广泛，主要包括以下三方面。
(1)生产传统的发酵产品：如啤酒、果酒、白酒和食醋等，使产品的产量和品质得到明显的提高，特别是酒精饮料，是食品发酵工业中产量最大的一类产品。乳制品是仅次于酒精饮料的第二大食品发酵产品，其中酸奶是主要产品之一。
(2)生产各种各样的食品添加剂(如下表)，改善了食品的品质及色、香、味。 (3)随着人口的增长，粮食短缺已成为困扰人类的社会问题之一，而发酵工程的发展将为解决这一问题开辟新的途径。研究表明，微生物中含有丰富的蛋白质，如细菌的蛋白质含量占细胞干重的60%～80%，酵母菌的蛋白质含量占45%～65%，而且它们生长繁殖的速度很快。许多国家通过发酵获得大量的微生物菌体，这种微生物菌体就叫单细胞蛋白。单细胞蛋白用作饲料，能使家畜、家禽增重快，使产奶或产蛋量显著提高。用酵母菌等生产的单细胞蛋白可作为食品添加剂。最近国外市场上出现的一种真菌蛋白食品，就以其高蛋白、低脂肪的特点受到了消费者的欢迎。
除以上所述，发酵工程在生产生物杀虫剂、生物肥料和微生物除草剂等农用生产物资以及在生物能源开发方面也发挥了重要作用。此外，发酵工程也应用于生物冶金(如铜、铀、钴、锰等)。 用蔗糖、奶粉和经蛋白酶水解后的玉米胚芽液，通过乳酸菌发酵可生产新型酸奶，下列相关叙述中，错误的是 ( )。
A．蔗糖消耗量与乳酸生成量呈正相关
B．酸奶出现明显气泡说明有杂菌污染
C．应选择处于对数期的乳酸菌接种
D．只有奶粉为乳酸菌发酵提供氮源
解析 乳酸菌发酵是指乳酸菌在无氧条件下，在酶催化作用下，将糖等有机物分解成乳酸产物，并放出少量能量的过程。此过程中无气体产物，因此选项A、B是正确的。处于对数期的细菌代谢旺盛，个体的形态和生理特性比较稳定，常作为生产用菌种，故C也是对的。蛋白酶水解后的玉米胚芽液中含多肽物质，也可含氮源，故D是错误的。故选D。
答案 D【巩固4】 在将鲜牛奶制成酸奶的过程中，盛鲜奶的容器必须密封的主要原因是防止 ( )。
A．空气进入容器 B．产生的乳酸分解
C．水分过度蒸发 D．灰尘掉入容器
思维导图：【例1】深度剖析 酸奶中含有乳酸，而乳酸是无氧呼吸产物，有氧存在时会抑制乳酸的生成。故制酸奶时容器应密封。
答案 A
归纳总结 发酵对周围环境的物理和化学条件十分敏感，任何一种微生物发酵均需要适宜的温度、pH、溶解氧、营养物质等，保证最适的发酵条件是发酵成功获得高产产品的关键。 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
思维导图：【例2】深度剖析 生产单细胞蛋白是利用发酵工程生产微生物菌体本身的过程。利用工程菌生产胰岛素和工厂化生产青霉素是利用发酵工程。通过生物技术培育可移植的皮肤是利用细胞工程的动物细胞培养。
答案 B
反思领悟 发酵工程应用已非常广泛，现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸等，还生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物。下列不属于发酵的是 ( )。
A．利用需氧型青霉菌生产青霉素
B．缺氧时人的组织细胞产生乳酸
C．利用酵母菌的无氧呼吸获得酒精
D．利用乳酸菌制泡菜
解析 发酵是指在实际生产中，人们通过微生物的培养，大量生产各种代谢产物的过程。选项A、C、D是指分别通过培养青霉菌、酵母菌、乳酸菌获得它们的代谢产物青霉素、酒精、乳酸的过程，符合发酵的概念。而B选项中虽有代谢产物乳酸，但它既不是微生物所为，也不存在培养微生物的过程，更不能用于生产，所以不属于发酵。
答案 B1．发酵工业常利用酵母菌发酵获得酒精，那么酒精是酵母菌的 ( )。
A．有氧呼吸的产物 B．无氧呼吸的产物
C．单细胞蛋白 D．放线菌的代谢产物2．答案 B下列关于发酵过程的叙述中，不正确的是 ( )。
A．对培养基灭菌是发酵生产中的一个很重要的环节
B．随时检测影响发酵过程的各种环境条件，并予以控
制，才能保证发酵的正常进行
C．在发酵过程中，要严格控制温度、pH、溶氧、通气量
与转速等发酵条件，否则会影响菌种代谢产物的形成
D．发酵产品的分离方法是共同的
解析 不同的发酵产品其分离方法各不相同，有的需要过滤、沉淀，而有的则需进行蒸馏、萃取或离子交换。
答案 D3．发酵工程中培育优良品种的方法有多种，其中能定向培育新品种的方法是 ( )。
①人工诱变 ②基因工程 ③细胞杂交 ④自然选育
A．①②④ B．①③④ C．②③④ D．①②③
解析 人工诱变与诱变育种不同，人工诱变是指人工诱发生物产生基因突变，而基因突变是不定向的；诱变育种是用人工方法处理生物后，再从中选育符合生产要求的突变类型，具有明确的目的性和方向性。同样道理，基因工程、细胞杂交、自然选育均有明确的目的性和方向性，故这些方法均能定向培育新的品种。
答案 C4．下列不属于发酵工程产品的是 ( )。
A．疫苗 B．乙醇
C．生物杀虫剂 D．石油
解析 疫苗、乙醇、生物杀虫剂均可由发酵工程生产。其中乙醇可以作为石油的替代品，但发酵工程是不能生产石油的。石油是古代动植物遗体在地层中经过亿万年变化才形成的。
答案 D5．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入发酵罐。初期酵母菌迅速繁殖、糖度下降，产生白色泡沫，溶解氧渐渐耗尽。随后酵母菌繁殖速度迅速下降，糖度加速降低，酒精浓度渐渐上升，泡沫不断增多。当糖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，回答下列问题：
(1)该过程表明啤酒酵母菌异化作用的特点是______________
__________________________________________________。
(2)发酵初期，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%则用于______________________________。6．(4)请写出由麦芽糖―→葡萄糖―→酒精的反应方程式。
_____________________________________________________。
解析 解答该题需认真读题，从所给材料中捕捉有效信息。
(1)由题意可知，酵母菌接入发酵罐初期，代谢和繁殖旺盛，溶解氧渐渐耗尽，表明酵母菌进行了旺盛的有氧呼吸，而后代谢繁殖仍在进行，只是速度减慢，同时糖减少，酒精增加，表明其进行了酒精发酵，而酒精发酵为无氧呼吸的特征。由此可推出，啤酒酵母菌异化作用的特点是既能进行有氧呼吸，又能进行无氧呼吸。
(2)酵母菌繁殖方式包括出芽生殖、有性生殖等，但各生殖方式进行的条件是有区别的。条件适宜时主要为出芽生殖，这样可使酵母菌个体数量迅速增多。(3)环境中的糖是作为酵母菌生长繁殖的碳源和能源，除了形成酒精和其他代谢产物外，其余部分则用在了自身的生长繁殖上。
(4)麦芽糖的分子式在组成生物体的化合物中学到，麦芽糖―→葡萄糖的反应方程式虽然教材上未写出，但却指出二糖是水解后能够形成2分子单糖的糖，知道反应物和产物，配平可得出方程式。
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课堂小结微生物发酵及其应用发酵工程史话
发酵生产过程探秘
发酵与食品生产第2节 酶在工业生产中的应用课程标准?
举例说明酶在工业生产中的应用。
课标解读?
1．说出酶家族的概况及酶制剂的生产方法。
2．举例说明酶在工业生产中的应用。
3．尝试分析和收集有关酶的专利文献资料。
4．认同解决现实生活中的许多问题离不开科学技术，以
及科学技术是一个不断发展的过程。酶的种类
(1)根据存在部位分为：胞内酶和_____酶。
(2)根据酶催化的反应和所起的作用分为：氧化还原酶、______酶、裂解酶、连接酶、转移酶和_____酶六大类。
酶的优点
比无机催化剂___________、反应条件_____等优点。酶的家族与酶制剂的生产1．2．胞外水解催化效率高温和异构酶的生产
(1)微生物发酵生产：大量_________都是利用微生物发酵生产。
(2)基因工程菌发酵生产：一些_________是通过基因工程菌发酵生产。
固定化酶技术
(1)方法：采用多种办法将酶固定在一定的_____上，制备成_________的固体颗粒，称为固定化酶。
(2)固定化酶的优点：避免了_____产物，又可以_____使用，从而有助于实现反应的_____化和自动化。3．4．应用的酶重要的酶载体不溶于水污染反复连续 酶与一般无机催化剂的共性是什么？
提示 反应前后质量和性质不改变，不改变化学平衡点。 [思维激活1]直接使用酶和固定化酶催化反应的优缺点比较1．酶的固定化方法
(1)常用的制备固定化酶的主要方法有吸附法、交联法、包埋法等(如图所示)。2.(2)各种制备固定化酶方法的比较(如下表)知识拓展 固定化细胞技术
通过各种方法将细胞与一定的载体结合，使细胞仍保持原有的生物活性，这一过程称为细胞固定化。固定化细胞仍能进行正常的生长、繁殖和代谢，可以像游离的细胞一样应用于发酵生产。固定化细胞技术免去了破碎细胞提取酶等步骤，能充分利用细胞内的酶，因而固定化细胞内的酶活性基本没有改变。由于保留了细胞内原有的多酶系统，这样对于催化多步的连续反应优势就更加明显。固定化细胞的方法也有多种，常用的方法(见下表)：海藻酸钠凝胶包埋法制备固定化细胞的操作简便，条件温和，对细胞无毒性。通过改变海藻酸钠的浓度可以改变凝胶的孔径，适合于多种细胞的固定化。用海藻酸钠凝胶制备的固定化细胞已用于多种酶的发酵生产与研究。 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．有利于提高反应速率
D．有利于酶发挥作用
解析 固定化酶制剂的目的是降低生产成本。一是能够顺利地从发酵产物中把酶分离出来；二是能够使酶反复使用。酶的固定化，对酶的活性、酶作用的发挥、反应速率的提高，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。反应速率与底物的浓度、温度、pH等条件有关系。在底物浓度升高时，反应速率将提高；温度、pH适宜时，反应速率最快。
答案 B【巩固1】酶相比无机催化剂的优越性
(1)反应能在_____、常压和_______条件下进行，可以节省大量的能源和设备投资。
(2)生产过程中不会造成__________，符合环境保护的要求。
(3)生产过程简单，_______，产品质量好，生产成本低。
酶在工业生产中的应用1．常温中性PH严重的污染效率高应用
(1)已成功用于_____工业，不仅用于食品的直接生产，还用于改进工艺、简化生产过程、改善产品的品质和风味、延长储存期、提高产品产量和质量等方面。
(2)在_______和化工工业方面有着广泛的应用。
(3)在医药工业方面，可利用酶的催化反应生产_____。
试画出pH、T、底物浓度、酶浓度对酶活性的影响的曲线图。
提示 [思维激活2]2．食品轻工业药物工业上常用的酶及应用 现在生产的许多饮料和糖果中的甜味剂不是蔗糖而是高果糖浆，高果糖浆是淀粉通过一系列的催化作用转化而来的，在这一过程中不需要的酶是 ( )。
A．α-淀粉酶 B．糖化酶
C．葡萄糖异构酶 D．纤维素酶
解析 此题中酶的作用不是除去果肉细胞的细胞壁，而是将淀粉通过一系列的催化作用转化为高果糖浆。
答案 D【巩固2】 肝脏中的乙醇脱氢酶可催化乙醇氧化为乙醛，从而消除人的乙醇中毒，下列选项中能表示其过程的是 ( )。【例1】思维导图： 深度剖析 由题意“乙醇脱氢酶可催化乙醇氧化为乙醛”知乙醇脱氢酶为氧化还原酶；而分析各选项可知B项符合题意。
答案 B归纳总结 酶的分类（1）根据存
在的部位胞内酶：占酶的绝大多数，存在于细胞内。
如细胞内有氧呼吸酶等
胞外酶：占酶的小部分，分泌到细胞外。如
消化酶等 如下图所示是酶的几种固定方式示意图，其所采用的固定方法依次是 ( )。【例2】A．载体结合法，交联法，包埋法
B．交联法，载体结合法，包埋法
C．包埋法，载体结合法，交联法
D．包埋法，交联法，载体结合法思维导图：深度剖析 ①题图表示酶包埋在细微网格里，应属包埋法；②图表示许多酶分子通过特殊试剂连接起来，成网状结构，应属交联法；③图表示固定在一定的支持物上，可用物理吸附法、离子结合法和共价结合法固定。
答案 D
反思感悟 固定化酶的优点
酶被固定化后，大多数酶稳定性增加，因而可以通过过滤等简单的方法将酶从反应系统中取出，这样做既避免了污染产物，又可以反复利用，从而有助于实现反应的连续化和自动化。下列叙述中，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
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项是酶的化学本质，属于酶的概念；酶是活细胞产生的，但它不仅仅在生物体内发挥作用，离体的酶，只要在合适的条件下仍可发挥催化作用；在一定的温度范围内，酶的活性随温度的升高而升高，C项不能正确表述酶与温度的关系；D项表示了酶的专一性。
答案 D1．ATP的消耗利用需要的酶是 ( )。
A．水解酶 B．合成酶 C．异构酶 D．转移酶
解析 ATP水解为ADP和Pi，同时释放能量，需水解酶。
答案 A
下表关于酶与无机催化剂的叙述中，错误的是 ( )。
A．酶的催化条件是常温、常压和中性条件
B．酶催化反应不会造成严重的污染
C．无机催化剂生产过程复杂、成本高
D．酶和无机催化剂均具有催化效率高的特点
解析 本题考查酶与无机催化剂的比较。酶和无机催化剂均能催化有关反应，但只有酶具有高效性，而无机催化剂催化效率低，故D项错误。A、B、C项叙述均正确。
答案 D2．3．用于皮革工业的脱毛和软化的酶是 ( )。
A．脂肪酶 B．淀粉酶 C．蛋白酶 D．聚合酶
解析 动物皮毛由蛋白质构成，因此可用蛋白酶对皮革脱毛与软化。
答案 C4．5．下图是固定化酶连接的几种方式，据图回答。(1)甲方式叫____________，这种方法使用的载体有_______等。
(2)乙方式叫________，这种方法需要酶和载体都具有_______、________或________等官能团。
(3)丙方式叫________，此方法需要使用________，如_________等水溶性化合物。
(4)酶的固定方法大致可分为三类，即________、________和________。图中甲、乙方式属于________。
(5)经固定的酶的特性是___________________________________
______________________________________________________。
解析 本题考查酶的固定方法及特性，可结合题中的图示及教材讲解的有关内容确定答案。
答案 (1)离子结合法 离子交换树脂
(2)共价结合法 氨基 羧基 羟基
(3)交联法 交联剂 戊二醛
(4)载体结合法 交联法 包埋法 载体结合法
(5)不仅仍具有催化性质，而且稳定性提高，反复利用课堂小结酶在工业生产中的应用酶的种类
酶制剂的生产酶的家族与酶
制剂的生产
酶在工业生产中的应用第3节 生物技术药物与疫苗课程标准?
举例说明生物工程技术药物和疫苗的生产原理。
课标解读?
1．简述生物技术药物的概念。
2．举例说明基因工程药物、细胞工程药物的生产原理和意
义。
3．举例说明生物技术疫苗的生产原理和意义。
4．进一步体验科学技术是一个不断发展的过程及理解科学、
技术、社会三者间的关系。
一般是指利用________技术或其他_________生产的药物。
包括_____工程药物、酶工程药物、发酵工程药物、 _____工程药物等。生物技术药物1．概念2．种类DNA重组生物技术基因细胞基因工程药物
(1)生产过程：获得_________―→构建___________―→工程菌大规模培养―→产物_________―→除菌过滤―→半成品检测―→成品加工―→成品检测。
(2)最主要的环节：______________。
(3)特点：_______地生产各种高质量、低成本的药品。
细胞工程药物
(1)植物细胞培养制取药物的生产过程：植物细胞株―→____培养―→________培养―→____细胞―→提取____产物―→药物制剂。3．4．目的基因基因工程菌分离纯化构建基因工程菌高效率固体液体悬浮收集纯化(2)应用：细胞培养生产药用植物如人参、甘草、_______、黄连、银杏、紫草和长春花等。通过动物细胞培养生产如_____疫苗、狂犬病疫苗、___________疫苗等疫苗，以及干扰素、白细胞介素、肿瘤坏死因子等药物。
基因工程药物的化学成分是什么？
提示 蛋白质。
[思维激活]红豆杉乙肝脊髓灰质炎基因工程药物
(1)基因、转基因与基因工程药物
人类的所有疾病几乎都与基因有关，因此，早在“人类基因组”计划还未付诸实现的时候，科学家们就已经在研制基因工程药物了。他们把通过克隆取得的外源目的基因(一般是人的DNA)，整合到动物受精卵的染色体内，使之在动物体内得到表达并能稳定地遗传给后代，这种含有外源基因的动物就叫做转基因动物。一头转基因动物就是一座天然基因药物制造厂。利用转基因动物来生产基因药物是一种全新的生产模式，与传统的制药技术相比具有无可比拟的优越性。1．(2)基因工程药物生产的大致过程
获得目的基因―→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。
(3)传统生产技术与基因工程药物生产技术的比较
①使用传统技术，从动物脏器提取这些物质因含量太低、成本太高，使其应用受到限制；此外，在提取过程中还可能造成药物被病毒感染，制成的药物会对病人产生严重后果；作为非人源蛋白质，长期使用会产生免疫反应等。②用基因工程可直接使用来源于人的基因生产药物，可以从根本上解决上述问题。其最大的好处是：不仅可以大量生产过去难以获得的来源于人的各种生理活性的蛋白质和多肽药物，为临床应用提供保证，还可以深入研究它们的生理、生化特性和结构，从而扩大这些物质的应用范围，发现和挖掘出更多的生理活性物质。通过基因工程对基因进行改造，可以生产出性能更加优良的药物。
③基因工程药物生产与传统意义上的药物生产有许多不同，它使用的是活细胞，产品又多是大分子的具有复杂结构和生理功能的蛋白质，因而基因表达、宿主菌生长、产品精制、产品质量和药效等，都可能因为原料、生产工艺、条件，甚至环境等生产过程的每一步的变化而受到影响。因此，严格控制生产过程的每一步和进行严格的检测，确保产品质量和安全有效是基因工程药物生产中必不可少的。细胞工程药物
主要是利用细胞工程技术来生产的药物。
(1)细胞工程药物解决了传统动植物药物生产与生物资源保护的矛盾。
①传统动植物药物的特点：高效、低毒、副作用少。
②传统动植物药物生产的不足：这些药物有许多是来自珍稀濒危动植物，随着这些药物的需求量日益增大，人们对野生生物资源进行大规模猎取、采集和开发，导致了生态环境和物种资源的破坏。
③细胞工程解决了传统动植物药物生产的不足。2．(2)植物细胞培养制取药物
①制取药物的流程
植物细胞株―→固体培养―→液体悬浮培养―→收集细胞―→提取纯化产物―→药物制剂
②植物细胞培养的应用
一是许多药用植物(人参、甘草、红豆杉、黄连、银杏、紫草和长春花等)的细胞培养均获得成功；二是利用红豆杉细胞培养生产抗癌药物紫杉醇，利用紫草细胞培养生产紫草素。
下列关于基因工程药物的叙述中，不正确的是
( )。
A．基因工程药物的优点是质量高、成本低
B．基因工程药物解决了受原料来源的限制
C．基因工程药物的关键环节是构建工程菌
D．基因工程药物毒性高、副作用大
解析 考查基因工程药物的生产及特点。
答案 D【巩固1】1．疫苗是一种特殊的_____，它____用于治疗疾病，而是
用于_____疾病。
2．DNA疫苗又称_________，在某些肿瘤艾滋病和肝炎的
_____上可以发挥独特的作用。生物技术疫苗药物不是预防核酸疫苗预防传统疫苗与新型疫苗
用于预防疾病的疫苗有细菌性疫苗、病毒性疫苗和类毒素疫苗。从疫苗的生产技术来说，疫苗分为传统疫苗和新型疫苗两大类。
(1)传统疫苗
传统疫苗包括灭活疫苗、减毒疫苗和亚单位疫苗。灭活疫苗是用致病的微生物或其代谢产物，接种到动物、鸡胚、组织或细胞培养物中，经生长繁殖后，用化学(丙酮、甲醛、酚等)或物理(加热、紫外线照射)等方法将病原体杀死而获得的疫苗，因此，又称为“死”疫苗。减毒疫苗是通过适当方法，以降低毒性或无毒的全病原体为抗原的疫苗。而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。1．(2)新型疫苗
新型疫苗主要包括基因工程疫苗和核酸疫苗。基因工程疫苗包括基因亚单位疫苗、基因工程载体疫苗、基因缺失活疫苗、合成肽疫苗和抗独特型抗体疫苗。核酸疫苗包括DNA疫苗和RNA疫苗。根据它们的基本特征，也可分为活疫苗和灭活疫苗两大类。
新型疫苗的优越性
传统疫苗，不论是灭活疫苗还是减毒疫苗，在生产过程中，必须大量培养病原体，即致病的病菌和病毒。尽管现代的生产技术、设备和管理已经达到相当高的水平，人们依然还是担心病原体的泄漏和对环境的污染，从而引起疾病的发生和传播。减毒的病原体毕竟还是有一定的毒性，还存在恢复突变的问题。如果控制不好，生产的疫苗可能具有一定毒性，会对人产生伤害。而灭活疫苗生产使用的是高毒性的病原体，一旦泄漏，或灭活不彻底，对环境和人会产生很大的伤害。因此，传统疫苗的生产和产品质量都存在一定的风险。2．另外，传统疫苗的制剂组成比较复杂，制剂中不仅含有抗原，还可能含有少量的在培养过程中产生的一些物质，以及培养基的组分等，这些物质都可能对人产生一定的影响。为了解决这些问题，就需要通过抗原纯化，制备纯化组分疫苗(如肺炎球菌夹膜的糖疫苗)和亚单位疫苗(如乙型肝炎表面抗原单位疫苗，霍乱毒素B单位疫苗)，去除病原体中的有害成分，使其安全有效。
新型疫苗主要包括基因工程疫苗和核酸疫苗。
利用基因工程将病原体的某个抗原基因或某几个抗原基因转入适当的宿主，进行表达，获得的表达产物作为抗原使用，这称为基因工程疫苗。比如，国际上大多数国家都使用基因工程乙型肝炎疫苗代替血源疫苗，它可以避免血源疫苗的潜在危险。现在人们几乎可以利用基因工程表达任何具有免疫原性的蛋白质或多肽，用来制备基因工程疫苗。还可以将具有免疫原性的多肽与载体偶联，以便增加其免疫原性。由于多肽疫苗具有有效的特异性免疫应答，避免了可能的危害作用。
核酸疫苗包括DNA疫苗和RNA疫苗，是近年备受人们关注的新型疫苗。它是由编码能够引起保护性免疫反应的病原体抗原的基因片段和载体构建而成，然后导入人体进行表达，产生抗原，引起免疫反应。与其他疫苗相比，它的优点是：①制备的疫苗具有天然抗原形式，没有病原体在体内复制和复制后致病的问题，也不存在恢复突变和毒力返祖问题。②免疫应答全面。可引起细胞免疫和体液免疫，也能诱导细胞毒性T淋巴细胞，从而预防细胞内感染性疾病。③单次接种可诱导长期或终身免疫。④生产迅速简便，成本低。⑤制备的疫苗不需要冷藏，易于保存和运输。⑥可以将具有不同抗原性的疫苗联合接种，有利于制成联合疫苗。⑦核酸疫苗能够完善婴儿的抗体应答，促进细胞内抗原的清除，防止母体抗体介导的抑制。但是，DNA疫苗也存在许多问题，比如，a.刺激机体免疫反应的能力比较弱；b.目的基因往往表达水平不高；c.在体内抗原蛋白的表达能够持续多久还不清楚；d.导入人体的外源DNA有整合的危险，且整合的位点难以控制，有可能诱发基因突变；还可能引起免疫系统自身紊乱。因此，对核酸疫苗需要进行深入研究，对其安全性和长效性进行观察，全面权衡核酸疫苗的利弊。 下列不属于新型疫苗的是 ( )。
A．DNA疫苗 B．基因工程疫苗
C．亚单位疫苗 D．RNA疫苗
答案 C【巩固2】 以下不是用基因工程方法生产的药物是 ( )。
A．干扰素 B．白细胞介素
C．紫杉醇 D．乙肝疫苗
思维导图：【例1】深度剖析 基因工程药物主要有细胞因子、抗体、疫苗、激素等。如白细胞介素－2、干扰素、乙肝疫苗等，是利用基因工程技术将外源基因导入细菌，使其高效表达得到的。紫杉醇是应用植物细胞培养的方法制取的药物，属于细胞工程药物。
答案 C
方法技巧 基因工程药物就是利用转基因技术将外源基因导入受体细胞并高效表达的产物。而基因表达的产物是蛋白质，故可逐项分析各药物的成分而得以解答。 疫苗与人类的身体健康关系密切。下列有关疫苗的叙述不正确的是 ( )。
A．疫苗不是用于治疗疾病，而是用于预防疾病
B．疫苗能刺激人体，使人产生相应的抗体
C．疫苗可通过注射或口服进入人体
D．人类通过接种牛痘疫苗消灭了脊髓灰质炎
思维导图：【例2】深度剖析 疫苗是经过处理的病原微生物，它可以通过口服或注射进入人体，可以在人体不患病的情况下激活其免疫系统，产生相应的抗体，通过抗体控制和消灭进入人体的某些病原体，从而达到预防疾病的目的，故A、B、C项均正确。人类接种牛痘疫苗，身体内会产生抵抗天花病毒的抗体，要预防脊髓灰质炎，需要使用脊髓灰质炎疫苗，故D项错误。
答案 D
反思感悟 疫苗是经过减毒或灭毒的病原微生物，在免疫学上属于抗原。机体接种某种疫苗，机体内则可产生相应的抗体和记忆细胞等，从而起到预防该种病原微生物的作用。下列关于生物技术的叙述中，错误的是 ( )。
A．生物技术也称生物工程
B．生物技术包括基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程
C．生物技术就是将活的生物体、生命体系或生命过程进行
产业化的过程
D．生物技术只能应用于生物技术药物的生产
解析 生物技术是一种综合技术，涉及生物化学、分子生物学、微生物学、遗传学及工程技术。其应用范围很广泛，除了应用于生物技术药物生产外，在育种、食品工业、医学领域等许多方面均有广阔的应用前景。
答案 D1.下列有关基因工程技术的应用中，对人类不利的是 ( )。
A．制造“工程菌”用于药品生产
B．创造“超级菌”分解石油、DDT
C．基因工程药物的使用，使细菌的进化速度加快，产生耐
药性
D．导入外源基因替换缺陷基因
解析 变异是不定向的，且一般是有害的。
答案 C2．下列关于基因工程药物的说法，正确的是( )。
A．基因工程药物的生产过程中，最主要的环节是工程菌
大规模培养
B．构建工程菌时需要将人的全部基因导入受体细胞
C．工程菌大规模培养时可以在任意条件下进行
D．将目的基因导入受体细胞后，需要做目的基因的检测
和表达，才能确保最后成功
解析 基因工程药物生产的关键环节是构建工程菌；导入的是目的基因，而不是生物的全部基因。工程菌培养时需要适宜的温度、pH、O2含量。
答案 D3．下列关于细胞工程药物的说法，不正确的是 ( )。
A．利用植物细胞培养技术可生产植物药物
B．解决了传统动植物药物的采集、猎取对生态环境和物
种资源的破坏
C．动物细胞比大肠杆菌更适合产生人及高等动物的基因
表达产物
D．动物细胞工程目前只用于药物生产
解析 动物细胞工程能应用于许多方面。
答案 D4．(多选)下列属于新型疫苗的是 ( )。
A．灭活疫苗 B．亚单位疫苗
C．抗独特型抗体疫苗 D．DNA疫苗
解析 灭活疫苗、亚单位疫苗为传统疫苗，抗独特型抗体疫苗为基因工程疫苗，DNA疫苗为核酸疫苗。
答案 CD5．既是现在世界各国生物技术研究开发方面的重点，又是生物技术中发展最快、最活跃和最为成熟的领域是 ( )。
A．生物技术药物和疫苗的研究和生产
B．基因诊断和基因治疗
C．克隆和胚胎分割
D．设施农业
解析 目前生物技术中发展最快、最活跃、最成熟的领域是生物技术药物和疫苗的研究和生产。
答案 A6．利用基因工程生产蛋白质药物，经历了三个发展阶段。第一个阶段，将人的基因转入细菌细胞；第二个阶段，将人的基因转入小鼠等动物细胞。这两个阶段都是进行细胞培养，提取药物；第三个阶段，将人的基因转入活的动物体，再饲养这些转基因动物，从动物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________________________。
(2)人类基因能和异种生物的细胞或个体中的基因拼接(整合)在一起，是因为它们的DNA分子具有________结构，都是由四种__________构成，基因中的碱基都能够____________。7．(3)人的基因在异种生物细胞中表达成蛋白质时，需要经____________和________两个步骤，第一步的模板是________，原料是________提供的____________，第二步的模板是____________________，原料是________。“搬运工”兼“装配工”是________，在异种生物细胞的______中合成药物蛋白。
(4)利用转基因牛、羊乳汁可以提取药物，甚至可能直接用于治病，因为其乳汁中含有______________。
答案 (1)基因控制蛋白质的合成
(2)双螺旋 脱氧核苷酸 互补配对
(3)转录 翻译 人的一段DNA的一条链 异种生物 核糖核苷酸 特定的一段信使RNA 氨基酸 转运RNA 核糖体
(4)药物蛋白课堂小结生物技术药物与疫苗生物技术药物生物技术疫苗基因工程药物
细胞工程药物基因工程疫苗
核酸疫苗