高中总复习第一轮生物第五章第二节发酵工程与酶工程-教育汇www.eduhui.cn.doc

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二、发酵工程与酶工程
巩固:夯实基础
理解:要点诠释
考点一应用发酵工程的生产实例——谷氨酸发酵
链接·聚焦
影响菌体发酵的条件有哪些？
答案：pH、温度、氧。
考点二发酵工程的概念和内容
1.发酵与发酵工程
发酵的概念有狭义和广义之分，狭义上的发酵是指微生物的无氧呼吸，而广义上的发酵则包括有氧发酵(如氨基酸发酵)和厌氧发酵(如酒精发酵)。总之，发酵是通过微生物的培养来大量生产各种代谢产物的过程。
发酵工程是一种生物技术，它采用现代工程技术手段，人工控制环境条件，进行大规模的发酵生产，使菌种的代谢朝着人们希望的方向进行，并生成人们需要的物质。
2.发酵过程的内容

考点三生物工程的关系
生物工程
基因工程
细胞工程
发酵工程
工程酶
限制性内切酶、DNA连接酶
纤维素酶、果胶酶、蛋白酶

主要操作对象
基因及动物、植物和微生物细胞
动物、植物、微生物细胞
微生物
工程目的
改造物种
改造物种
获得菌体及代谢产物
与其他工程的关系
通过细胞工程、发酵工程使目的基因得到表达
可以为发酵工程提供菌种，使基因工程得以实现
为其他工程提供酶的来源
考点四影响发酵过程的因素
1.温度
温度对微生物的影响是多方面的。首先温度影响酶活性。在最适温度时，菌体生长和代谢加快，发酵反应的速率加快。温度也能影响生物合成的途径。例如：金色链霉菌在30 ℃以下时，合成金霉素的能力较强；当温度超过35 ℃时，则只合成四环素而不合成金霉素。此外，温度还影响发酵液的物理性质，以及菌种对营养物质的分解吸收等。
2pH
pH能够影响酶的活性，以及细胞膜的带电荷状况。细胞膜的带电荷状况如果发生变化，膜的通透性会改变，从而有可能影响微生物对营养物质的吸收及代谢产物的分泌。此外，pH 还会影响培养基中营养物质的分解。
①能够影响发酵液pH的因素主要有：代谢产物的积累、营养物质的不均等消耗、呼吸产生的二氧化碳等
②调节发酵液pH的方法有：加缓冲液，加酸或加碱性物质。
3.溶氧量
氧的供应对需氧发酵来说，是一个关键因素。必须向发酵液中连续补充大量的氧，并要不断地进行搅拌，这样可以提高氧在发酵液中的溶解度。
4.营养物质的浓度
发酵液中各种营养物质的浓度，特别是碳氧比、无机盐和维生素的浓度，会直接影响菌体的生长和代谢产物的积累。
诱思：实例点拨
【例1】(2005广东广州二模)下列有关发酵工程的说法，正确的是（ ）
A.青霉素是抗生素，在青霉素生产过程中不需严格灭菌
B.单细胞蛋白是从微生物细胞中提取出来的
C.谷氨酸棒状杆菌要在隔绝空气的条件下发酵才能得到谷氨酸(味精的主要成分)
D.在菌种选育的过程中可以利用人工诱变、细胞工程和基因工程等手段
解析：青霉素能杀死细菌等，但不能杀死真菌，故也需严格灭菌，单细胞蛋白是微生物菌体，在味精生产过程中需通入无菌空气。由上述可判定D正确。
答案：D
讲评：考查发酵工程的内容。
【例2】(2005苏、锡、常、镇调查)下图为某种微生物体内合成氨基酸的途径。发酵工程中利用该种微生物来生产大量氨基酸甲，可以采取的措施是（ ）

A.增加酶①浓度
B.在高温、高压下发酵
C.对该微生物进行诱变，选育出不能合成酶②的菌种
D.对该微生物进行诱变，选育出不能合成酶③的菌种
解析：由图可知当两种氨基酸都过量时会抑制酶①的活性，使中间产物生成量减少，因要获得大量的氨基酸甲，所以可对控制酶③的基因进行诱变，使酶③不能合成，从而可大量获得氨基酸甲。
答案：D
讲评：本题考查了发酵工程的菌种选育。从自然界分离的菌种可以通过诱变育种的方法获得符合要求的优良菌种，可以通过基因工程、细胞工程的方法，构建工程细胞和工程菌，再用它们进行发酵，就能生产出一般微生物所不能生产的产品。
【例3】用来治疗糖尿病的胰岛素，过去主要靠从动物体器官、组织中提取，但因受原料限制，无法推广。现在可以用发酵工程的方法来生产胰岛素。若用大肠杆菌发酵来生产胰岛素，并结合基因工程，写出其生产过程：
(1)构建转入人胰岛素基因的工程菌。
①提取目的基因：用胰岛素基因探针从人的胰岛细胞中获取________________，再用________________法制备人的胰岛细胞目的基因。
②目的基因与运载体结合：从大肠杆菌的细胞中提取_______________，并用_______________酶切割质粒，使其露出____________________。用同一种酶切割目的基因使其产生相同的，再将目的基因插入质粒切口处，加入适量的酶，这样就形成了一个和_______________的重组DNA。
③将目的基因导入受体细胞：将大肠杆菌用_____________处理，以增大_____________的通透性，让重组DNA进入大肠杆菌体内。
④目的基因的检测和表达：在用一定的方法检测出目的基因已导入大肠杆菌细胞内，并_________________________后，再对该种大肠杆菌扩大培养。
(2)发酵生产。如下图为发酵罐，回答：（括号中填数字如[ ]）

①配制适合大肠杆菌的培养基，调整_________________，然后对培养基进行_______________处理并装入发酵罐，将上述大肠杆菌接种于发酵罐发酵。
②经检测若发现放料口排出的旧培养基中微生物细胞形态多样，甚至出现畸形，则此时微生物的生长处于_______________期，加料口[ ]添加新培养基的速度应该适当_____________，并从[ ]以适当速度通入。
③若该装置阶段发酵的目的是为扩大培养生产酵母菌菌种，则应尽可能延长_____________期，采取的主要措施为：加料口加料、放料口放料的速度都，通入的无菌空气成分中应__________________，搅拌的速度适当______________________。
④影响发酵过程中温度变化的因素是________________________________。
⑤发酵过程中pH变化的原因是_____________
⑥搅拌器搅拌的作用是__________________________________。
(3)发酵完毕后，从培养基中__________________并______________胰岛素，经过一定的加工成为药用胰岛素，经_______________合格后，可投入使用。
解析：先运用基因工程构建转入人胰岛素基因的工程菌，再利用该工程菌，运用发酵工程生产人胰岛素，然后利用类似酶工程中分离提纯技术得到胰岛素产品。
答案：（1）①人胰岛素基因mRNA 反转录 ②质粒 限制性内切 黏性末端 黏性末端 DNA连接 人的胰岛素基因 大肠杆菌质粒 ③氯化钙 细胞壁 ④能表达 (2)①pH 灭菌 ②衰退 1 加快 4 无菌空气 ③对数 加快 有充足的氧 加快 ④微生物代谢，机械搅拌、罐壁散热、水分蒸发、冷却水循环等 ⑤营养物质的消耗、代谢产物的积累 ⑥增加溶氧；使菌种与培养基充分接触提高原料利用率 (3)提取 提纯 检验
讲评：本题考查对基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程相互关系的理解，并带有一点实验设计“味道”，因而突出了创新思维能力的考查力度。
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