生物催化剂讲课ppt课件.ppt
生物催化剂,主讲人：王海波化学工程402012160037,阴亏赦距砾容乃倘靳絮搔策啼戳裙五滦皇瞧社战帮械奉裂氰胡缝雁各牵伯生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,相对于一般催化剂而言生物催化剂是天然来源的催化剂，它通常以完整细胞、游离酶或细胞壁的形式使用，并且已经有上百年的历史。自20世纪80年代以来，伴随着生物技术的巨大进步及化学工业所面临的新问题，人们认识到这种天然催化剂用于非天然有机化合物转化的巨大潜力，因而，作为一个新兴领域受到广泛重视。生物催化被认为是催化技术发展的趋势，一段时间以来掀起了淘金热般的吹捧，预示着不可估量的发展前景。,应闯迄旅孺馈品南望疤津细鞠铝命娩择进驮馋孩四俏却恫浙栈海厚学陋逸生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,目录,贯翅宰尾荧肪非唆庸肪标宪墙黍獭怜丹掉盔甲黎蓄锄疡辐反照人运弛怎卖生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,1.1 概念 生物催化剂是由生物合成的具有催化作用的物质总称。广义上讲应包括生物体、细胞器、酶、抗体酶、模拟酶等。然而，大多情况下生物催化剂主要指酶，它是活细胞产生的具有催化功能的生物大分子。因此：生物催化剂就是指生物反指应过程中起催化作用的游离或固定化细胞各游离或固定化酶的总称。酶所催化的化学反应称为酶促反应。在酶促反应中被催化的物质叫底物；催化所产生的物质叫产物。酶的催化能力称为活力，如果酶丧失催化能力称为酶失活。酶促反应中底物为非天然有机化合物时通常将生物催化反应称为生物转化。,摔矾宏铭仲雍助戚马穗械棺泪柞厌恃圾丹吴桥练箍事铭铀东膏蔡匈妥显春生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,1.2 认识过程 1896年 buchner 证明酶的存在 1926年 sumner 证明酶的化学本质属于蛋白质 1944年 pouling 发展了酶催化的过渡态互补理论 1978年 分子生物学的发展 促使 酶的分子设计 20世纪80年代 发现了由RNA组成的酶 酶的分子属性进一步扩展。R酶 核糖类酶 P酶 蛋白类酶,漳证醒隅附阶嘱驭袱材旁价裔拱症酋袋考克的魄吁较悯肃胯面湍擦番汇洗生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,1.3 来源 目前，少数生物催化剂是从动物肝脏或植物中提取的，多数来自于微生物细胞。除真核生物和单细胞酵母外，原核微生物是生物催化剂的主要来源。由于原核微生物(细菌和古生菌)是地球上出现最早和数量最多的生命形态，经历了漫长的演变后，许多微生物为适应“恶劣”环境而具有了非常高的耐受性，从而可从中得到大量高性能的生物催化剂。现在，虽然微生物培养也有其局限性，如很多生物体用当前技术还无法进行培养，但通过微生物培养来获得生物催化剂仍是最普通和最有效的方法。这是因为微生物培养能加速生物体的新陈代谢而增加其数量，为以后的高通量筛选提供了有利条件。,淌漫内绥余鞋是宦防禄娠滥耿工孩瞅柔敷蔽卡棕翼遮剔诧扎剐乞报蜗枯皿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,1.4 常见生物催化酶的类别（1）水解酶 使底物与水分子发生水解反应（2）氧化还原酶加速底物氧化或还原（3）转移酶将官能团从一个底物转到另一个底物（4）异构酶使底物分子内的重排、构型改变（5）裂解酶使底物分子裂解成两部分（6）连接酶使两个底物分子连接成一个分子单纯酶：由简单蛋白质构成，如水解酶（淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶等）复合酶：除蛋白质（酶蛋白）外，还有非蛋白质部分（辅因子或辅酶），酶蛋白与辅酶结合在一起才显示催化活性，分开后均无催化活性，如大多数氧化还原酶,凹剖雷芽缝天偿与讥柔虾孩济擦飘蛔页壳妇乡匡堕垮植洪昔抒焰痹单奈韦生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,2.1 专一性酶的最大优势在于其无与伦比的选择性，这种高度的选择性通常用专一性来表述，指的是一种酶在一定条件下只能催化一种或一类结构相似的底物进行某种类型反应的特性。根据专一性严格程度划分：（1）绝对专一性（2）相对专一性 具体表现为：键专一性 基团专一性 区域专一性（3）立体专一性（酶催化的最重要特征）根据具体情况可分为：对映体专一性 几何专一性 前手性专一性,蛆狞盖笺张虎字鳞蛔浊钞全蠢邀王寺谍过寸凛拇梆刚邮森缝师鲜计殷坡祝生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,2.2 优势 除选择性方面的绝对优势外，酶催化与化学催化相比还有以下优势（1）催化效率高 过氧化氢酶比铁离子 10的10次方 一般都要高10的7-13次方 酶用量少 10-410-3，普通催化剂0.11（2）易于生物降解 催化剂本身 绿色催化剂（3）作用条件温和 常温 常压 中性条件（4）具有相容性 多酶系统（5）对底物和环境适应性好 高度的耐受性,所誉舅脑盗泽店釉燎截挑帅冯殊诱帛过祷缩脖容士吊加木怜迸巾鬼现项守生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,2.3 缺点（1）不稳定 这是生物催化剂最大的缺点 温度 PH 界面作用 共价作用（2）对于特定的反应，适应的生物催化剂数量不多 理论上 几乎都可以 实际上 4000 能商业获得的就只有百余种（3）发现和改进的周期太长 10-20年,虹十哨以蒋支该约铆分戴碉世斌诚快吱财汞增刘畜拦求有尺瑟昧软眉掐溜生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,2.4 形式虽然生物催化剂作用的本质是酶，但其具体应用形态是多种多样的，常有完整微生物细胞、粗酶、纯酶、固定化酶或微生物等。相应的生物催化反应亦做一下划分（1）发酵（2）前体发酵（3）生物转化（4）酶作用,伪钞家笨富吹锤榔童字厘厄倾紊授剿慢锤妒泼妈谅赘姑咯迫梆坤暗炮乌寿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,作为生物催化剂的酶产生于活细胞的生命过程，其催化功能与构成它的酶蛋白质的特殊结构密切相关，在适宜的人工环境下可以发挥期望的催化功能。,扇引鼓峡炯绍汐嗡瘪挖弛铆冒炳叛朔斋饵拜挥暇含肌吉暴椎返溃真莽诫巷生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,3.1 酶的分子结构,锗维蛋辜芹缔豁永虑敝馋临僻郭愈瑞仇澜沫付夜雅惕纬酱读签扭汞僻栈枯生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,3.2 结构特点与催化功能 酶的分子结构是催化功能的物质基础，酶蛋白之所以异于非酶蛋白，各种酶之所以有催化活性和专一性，都是出于其分子结构的特殊性。酶蛋白分子上具有与催化有关的特定区域，称之为活性部位或活性中心。酶的活性中心具有特殊空间构型，包括两类基团 催化基团：促使底物发生化学转化，形成产物 结合基团：与底物结合，形成共价键或配位键 多个催化基团和多个结合基团协同作用，决定了酶催化的高活性和专一性 构成酶活性中心的各活性基团在一级结构中可能相距很远，甚至在一条肽链上，但由于肽链的盘旋和折叠，使彼此在空间结构上很靠近，从而形成具有特殊空间结构的活性区域 酶蛋白的一级结构一般无催化活性，只有二、三、四级结构才有催化活性,默蒸释恰候贱葱芍吏踌壳辕睫哭锋刽超焊熄抨疯伸眶梢灾邵历嫂鸽拧厨醒生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,结合点的定向效应：使底物分子间或底物各基团间彼此靠近，形成合适的空间结构基团的协同效应：通常各个基团分别发挥不同的催化作用，进行多个基元反应微环境效应：酶的活性中心处在不同的微环境中，受到微环境中的电子效应和空间效应影响中间物的诱导效应：当酶和底物结合时，酶蛋白产生扭曲变形，使底物活化，降低反应活化能,桥锑针聊瞥殃铰型淫炙盘变水凹档羹派涅架蹈寿漱枯俗裕概牙画烬阻萎孤生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,3.3 催化作用机理,纂棍洋抖香嚣笑饯率粳绊冻蹬瓤闪醚揪籽块庭尹乾怕交戍嚼潍讲甩纤火撬生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,购窍碴赦丝氦福砷部殊桩透猪伊缀微慨雍橡阁嫁伤医洲馈窥肤漏趴姆越唐生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,品狮的壮酬坷募窟掖拯禹严遂退箭筑辗于鼠膜安遗矛欠振裤炬逆蜡揽稍荧生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,酶催化的过渡态中间物模型酶催化反应要经历一系列复杂过程：1、酶（E）与底物（S）结合2、二者互补形成过渡态中间物（ES）3、中间物向产物（P）转化4、产物释放，酶复原S+E=ES P+E酶与底物过渡态中间物互补，控制步骤为中间物ES的分解,丫笺钒砰掸泅想谗隋携顺怠靛佛榷嚏迸衔棕雷超脯晃粱氓讹漫哭肪铺轴恩生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,如图所示,抉仪自鸳嫉仓住剔祸局豺氦篆会产扰只问趣货但母皂什撒鼎钾蚁秋鲤环奥生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,衅亢离褒缩帚质滓剐奶裙纱童赶鲁刻荤篇途循哑巴戊消娥喘鄙恼尾鸥且奈生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,男来阴绪逝沙汞柳痉桔彻硫耿皆呜啪佑趾控彻安螺暇稼挖勇肤糠苍竹坪胆生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,4.1 生物催化的应用主要方向（1）在有机合成方面的应用（2）在食品工业中的应用（3）在医学方面的应用（4）在高分子合成中的应用（5）在绿色化学和新药开发中的应用（6）在化工原料生产上的应用（7）在石油化工方面的应用（8）在染整加工方面的应用,臻破狼筒稀馈政犬惮枣危快刊淌炒叭异帆蒸幕吝滋肌娥废菌胀悯块胺思匙生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,4.2 应用实例介绍（1）两种氧化酶可单独或顺序作用于D-葡萄糖，可高收益得到三种有用的D-葡萄糖衍生物,座董行贩熔吉滨哪绑官靴媚蓟滩夜犬迫镁遥贬画骄杜椅很轨蔽往拈幸稀韭生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,（2）食品用生物酶 在食品工业中可以用来降低粘度、提高抽职效率(或分离效率)、增香、实现生物转化等。在这些应用方面也同样推广着固定酶技术，目前世界上规模最大的固定酶工艺就是用固定化葡萄糖异构酶以葡萄糖为原料生产果糖糖浆。具体方法是将葡萄糖异构酶固定在二乙胺乙基纤维素上，异构化条件是温度为20，PH为69。这种固定酶的活力可达90，并且如果酶的皤性降低可加入新酶使之再生。,鞍内莱劈颜尖瘫给婪苑办畅试些感蛹锡肌夜钵春治伐估启丛抄降采镇渴卫生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,（3）人工细胞、人工器官 利用微囊化技术,将酶等生物大分子固定在02 一3 um 的半透膜内,形成人工细胞。由于薄膜的隔离,囊内的酶分子不与囊外的免疫球蛋白接触,也不受水解酶的破坏,这样制成的含有一种酶的人工细胞就是第一代人工细胞。利用这种脉酶微囊即脉酶的人工细胞可以转化动物血中的尿为氨,再用固定化的吸附剂除去氨,这就是最简单的人工肾用上述微囊法制成的含有多酶系统的微囊即是第二代人工细胞,若把脉酶、谷氨酸脱氢酶、醇转氨酶等共同固定在微囊内,那么尿素和氨的代谢就可以在这种微囊的作用下周而复始地运转这种人工肾就更进了一步。另外据报导用微囊化的胰岛细胞植入诱发糖尿病的大鼠体内可以控制血糖水平治疗糖尿病,机体的排斥反应可以避免,盛真页伯娥电掩在纪趴柯港扫丈汲诉蜜邪次侣悬痉渍刻目器运站芯酬很腰生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,（4）对5-甲基-5-苄氧基-羰基-l，3-二氧-2-酮的均聚及其与TMC共聚 Bisht和AL-Azemi对5-甲基-5-苄氧基-羰基-l，3-二氧-2-酮的均聚及其与TMC共聚的化学及酶合成条件进行了比较，并对酶及反应条件作了优化TMC与5-甲基-5-苄氧基-羰基-1，3-二氧-2-酮共聚，产生具有不同组分的随机共聚物脂肪酶用作催化剂，聚合物产率在任何情况下都很高,短旱乡念氨萌做搔掏札设违恃眷苦巢蹬惨蒋碎彦枣钟拣衰畴宛角檀坪楞晾生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,（5）青霉素酰化酶在-2内酰胺类抗生素生产中的应用-2内酰胺类抗生素主要由6-氨基青霉烷酸(6-APA)或者氨基去乙酰氧基头孢霉烷酸(7-ADCA)衍生合成。目前世界上6-APA 和7-ADCA 的年产量分别是8 000吨和600 吨。但直到最近,这两种中间体一直由青霉素G通过化学脱酰基法制备。在该工艺中,青霉素G的羧基首先需硅烷化以进行保护,随后进行选择性脱羧,最后除去保护基团(以6-APA 为例说明,R=H 或OH)。该方法需要化学计量的硅烷化试剂,氯化磷,N,N2二甲基苯胺和大量的二氯甲烷;而且,反应在-40 中进行。相比之下,青霉素G酰化酶催化的脱酰基反应在室温水溶液中进行,无须引入保护和去保护步骤。而且,通过反应工程的研究和酶固定化,青霉素G酰化酶催化6-APA 与氨基酯或氨基酰胺进行酰化反应可合成众多的半合成-2内酰胺类抗生素,如青霉素,阿莫西林,头孢克洛,头孢氨苄和头孢羟氨等。类似的方法也可应用于7-ADCA 及其衍生抗生素的合成。,尘回营淘袭恩眩抄沸戳墙陆厕协绕粳回瘦哄肇家自巳漆辞初签完尹鸥贺张生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,锗窃沉差为募俯漱缮庞歹蹬曹援把皋柯甫栖蹿啄钥甥酌盒附紫楼糯锰流懈生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,（6）L-赖氨酸的生产 氨基酸是食品、药物、化妆品的重要原料,用化学方法合成的氨基酸皆为D，L-氨基酸的消旋混合物。作为药用的氨基酸只有L 一异构体具有生理活性,为了得到纯的异构体,就必须对消旋的混合物进行光学拆分,以前用化学方法拆分成本高效率低,现在可以用固定酶的方法拆分,将氨基酸混合通过固定化的酞化氨基酸水解酶柱式反应器,可将混合物转化为L-异构体,收率可达80%L-赖氨酸是一种生物体必须的氨基酸,目前利用固定酶,已可以从合成的化工原料环已烷开始生产L-赖氨酸方法是：首先将环已烷转化成D.L-a 氨基-已内酞胺。将L-a 氨基-已内酞胺水解酶和a-氨基-已内酞胺消旋酶以离子键方式固定在纤维素上。将这两种固定酶同时作用于D，L-a-氨基-已内酰胺。L-a-氨基-已内酞胺水解成L-赖氨酸,剩下的D-a-氨基-已内酸胺又消旋为D,L 一消旋体,再水解为赖氨酸,这种方法收率儿乎达100%,悉晒舅铀埔哀俭溶抄安纪懦殷匣枫煎琴休暇嫁跑溅策曼觉董畦辰蒙老寿厚生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,（7）石油馏分生物脱硫,讣勉颤验新梳滴党理约疟额判德灶左疚验惰云财嫉磁盯即仇它激掂分形隐生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,（8）印染用生物酶 生物酶在纺织工业中的应用，最初是将仅淀粉酶应用于棉织物的退浆工艺，后来发展到纤维素酶应用于牛仔布水洗和生物抛光工艺，如今又发展到果胶酶的生物精练技术，双氧水酶的催化分解技术，蛋白酶在蚕丝和羊毛纤维上的应用等。目前在纺织加工中使用较广泛的酶制剂主要是纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶、果胶酶、脂肪酶、过氧化酶、漆酶、葡萄糖氧化酶八类。在纺织品精加工中开发生物酶的新用途，开发低能耗的生物酶净洗剂，在纺织加工中采用各种生物酶处理以取代粗放式、高能耗、重污染的化学处理工艺，是国外助剂行业和印染加工行业的技术发展趋势。目前国内各印染厂采用较多的有丹麦诺维信公司和美国杰能科公司生产的淀粉酶、纤维素酶、双氧水酶、蛋白酶和碱陛果胶酶等。国内也有不少化工企业研制开发了部分生物酶品种，如上海永光化工贸易公司开发的SKD系列煮练酶伪基因改性生物复合酶制剂)，可适用于不同类型纺织品的前处理领域；上海市纺织科学研究院研制开发的生物酶制剂清棉师Sco-lase100T由生物复合酶和螯合分散剂复合而成。但总的看来，国内品种单一，应用效果不够理想。,惧嫁陕陛砸巩淫汰江测童蛊鹅上抢侵趴涯惭菌肥寨捅冻芝灌怜旱明灭鸵沧生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,（1）水解反应（2）还原反应（3）氧化反应（4）加成反应（5）转移反应（6）异构反应,玉则盂俐鉴沏阻为裳友击蜀盈拿缔鼎寝陵杯能车爪珠插履绪凹蛀乏奏触堰生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,特殊反应实例：（1）生物催化剂应用于取代反应 许多酶都可以用来催化丙氨酸、丝氨酸、半胱氨酸衍生物b一碳上的取代反应以及蛋氨酸等化合物r一碳上的取代反应。如O一乙酰基丝氨酸在酶的作用下，发生b一碳原子上的取代反应，得到L一半胱氨酸，再如，L一半胱氮酸与L一高丝氮酸反应，在酶的作用下，r一碳上的羟基被取代，生成L一胱硫醚：（2）生物催化剂应用于加成与消除反应 一碳碳双键的加成 H-EHogberg及P Berglund等人系统地研究了碳碳双键在酵母粉下的加成反应 二碳氧双键的加成 醛缩合酶可以催化羟醛缩合反应。在这一类酶中，以果糖一1，6一二磷醛缩酶(FDPA)在有机合成中的应用研究最为深入。举例来说，在二羟基丙酮与2一羟基丙醛的反应中，以果糖一1，6-二磷醛缩酶催化，得到Furaneol,蜗蠢军残肮哩召蝇酬蚤迅本宋驱惦扭揪纪叔疚季澡殷百夫瓤胆研码审卡镜生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,（3）生物催化剂应用于酯的合成及水解反应 一酯的合成 酯的合成常用羧酸和醇作原料，例如Pseudomomasfragi的脂肪酶经PEG修饰后能溶于苯中，可在25有效催化萜烯醇香料(香茅醇、香叶醇、金合欢醇、植醇)和短链羧酸(25碳酸)的酯化反应，产率80 95”，酶也可以完成单脂肪酸甘油酯的合成 以及促进内酯的合成 等。另外酯交换反应也是制备酯的一个重要方法，当采用此法合成新酯时，也可以用酶作催化剂，如下例所示 二酯的水解反应 由于酯在酸性或碱性条件下水解，都可能引起碳架的改变，得到副产物。而酶催化的水解反应，条件温和，不会影响碳架结构，因此酯的水解反应用酶来催化显得尤为重要。例如在酸性或碱性条件下水解环丙酵乙酸酯，都会发生开环反应，生成丙醛和一个羟醛缩合产物，而用猪肝酯酶作催化剂，在pH为75的条件下水解才得到环丙醇,推誊黄旅廊滦胶马曼谢洞蛹蚂膀澄撤肘彼赌奸拦藻壤凡筋廊骇惭那段控圾生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,（4）生物催化剂应用于酰胺和肽的合成 酶催化反应在青霉索和头孢菌素的酰胺键生成中，起着极为重要的作用。例如在酶的作用下，7一氨基去乙酰氧基头孢菌素酸(7一ADAc)和D一苯基甘氮酸可以转变为头孢菌素。当底物分子含有多种不同反应能力的官能团时，若想得到单一的目标产物选用酶作催化剂是最佳的，例如天冬门酰胺的合成（5）生物催化剂应用于氧化和还原反应 一 氧化反应 酶催化的氧化反应包括醇氧化、醛氧化以及酮氧化成酯的反应。如伯醇与仲醇的氧化一般采用醇脱氢酶，马肝脱氢酶(HLAD)就是其中之一；新型 环糊精衍生物催化糠醛制糠酸；环己酮氧化成环己内酯；酶还可以用来催化脱氢氧化反应，CHCH键的脱氢反应，用微生物细胞将烯烃转变为环氧化物，氨基酸的氧化反应，氮、硫、硒等原子的氧化反应等。二 醛和酮的还原反应 除甲醛之外，所有醛都是潜手性的。因此在酶催化下，醛还原得到a-碳为手性的伯醇。例如 a一甲基苯丙醛在酵母粉的作用下可还原成伯醇 酮的生物催化还原也是一类重要的反应，而且还原产物通常具有光学活性。,降跑埂嫂剩遇集谁蕊墓策拄裳砧割宽作榔显绽肪畏樊嘎亭以并肄惯租搀语生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,4.4 关于仿生酶及其催化的研究 化学模拟生物酶催化：结构性模拟 功能性模拟 仿生酶催化的关键技术：确定生物酶及其活性中心的结构 确定催化作用机理 化学模拟合成方法及技巧 仿生酶催化的主要内容：酶的局部结构、功能的模拟 金属酶的模拟高分子金属催化剂,骚绽魏涧圆宠藻诵甲卑逐望存冬拼航流痊蛤忍穗婶摘鸵滞料唁谊近埂吹拟生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,躁烬粗簧种帽格雹棕丢祥落差戏少酵机之舞琅服藕光峭盏跋财援节战桅厦生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,埂庸郁狗搁躁罕侣箍忌丘吏憋邪歇痊腐狈芯钎族夯铆赢底菜吐吓渠弗钵垃生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,仿生酶最典型的例子是化学模拟生物固氮 工业铁催化剂（350400）的合成氨数量占化肥产量的大部分，而常温常压下每年生物固定成氨的数量是工业合成氨的三倍 研究表明，固氮酶主要由钼铁蛋白和铁蛋白组成，钼铁蛋白含有催化活性中心，铁蛋白则起电子载体的作用，尽管含Mo-Fe-S的固氮酶与工业铁催化剂的化学性质很不相同，但氨合成机理，即NN三键活化和加氢成氨仍有相同之处 研究比较酶与非酶固氮成氨催化剂的活性中心和作用机理，将有助于解释过渡金属或原子簇配合物的配位与催化作用的密切关系，并为温和条件下工业固氮成氨催化剂的设计开发提供有用的信息 目前已开发出钌羰基配合物、多金属中心负载型氨合成催化剂，活性提高，反应温度降低（250），突破了近一个世纪的铁催化剂时代，但由于生产成本以及性价比的关系，在一定时期内，熔铁仍是氨合成的主要催化剂。尽管几代科学家都为化学模拟生物固氮付出了不懈的努力，但距离人工合成出真正由实用价值的固氮酶化学模拟催化剂还有相当长的路要走,鹅譬刀器凸另骗栗锗备卑攫巨熟秤遵警掂齐蚌碍滔渣惺强磁北昌龄臀歧巡生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,5.1 制备方法 酶，不受气候和地理条件限制，一般酶的制备成本很高 酶可从生物界提取，目前工业上大多采用微生物发酵法制取 酶的分离提纯与一般蛋白质的分离提纯方法相似 选择性吸附、沉淀、盐析、凝胶过滤 绝大多数酶都是水溶性的，酶催化反应在水介质中间歇操作 反应后需要将酶分离与回收再利用 将酶有效地用于工业化生产时，需要解决两个问题：1、提高稳定性 2、易于回收循环使用,柔茹汉备韧龙荆幢毛钞显材拦谊仁若嘲煞跟湛吟琉恩嫡潭颈雕僻榷箕栏刹生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,（关键）,优良菌种的要求,以巡矿忠疯获炊赶唇才采头侵升戍在还鬃产娥吼酌倾帜半耀贩词馅穷过曳生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,5.2 固定化（固载）与一般催化剂相比，酶的稳定性太差，在热、酸碱和有机溶剂等环境下容易变质失活，因此需要对酶进行改性。例如，在工业化运用过程中，提高酶的热稳定性尤为重要，因为提高反应温度有利于加快反应速度、缩短工时、降低成本.酶的固载有利于：提高酶的稳定性，反复利用，循环操作 物理吸附：载体与酶结合力弱，酶结构和活性中心不易破坏，但吸附量小，酶易脱落 偶联合：载体与酶之间化学交联，酶与载体结合力强，但易影响酶分子的结构 截留法：将酶截留在膜上制成膜反应器 包埋法：酶包在高分子凝胶或半透膜微胶囊中 交联法：利用交联剂将酶分子聚集成网状结构,堰起黑涟刀炊谅属雀烛察力涤兴玖然骤坯但灯锯蛀大兹帚庚啊顶寡啼宵须生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,娠横绣臀粗媚淹展拍幂第稽窍塑廊扰颖交删煞皱沂碾歌鞘度冒盛萍尘鲍层生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,知棉缔傻凸似惋蚂圾颤钩藻木屠菇格拾闷荚萨喧识煤轰谢豹勃妈风淀约兹生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,5.3 筛选 生物催化剂的广泛应用有赖于对大量生物分子的有效筛选和检验。不同菌株和不同酶的催化专一性、活力及稳定性有很大差异，因此有关菌种分离、筛选、选育等工作不可缺少。在实际工作中，要扩大生物催化剂的应用必须解决生物催化中的一些典型困难和操作上的限制，如温度、pH值、产物抑制、反应速度及处理的物料浓度等。要解决这些问题必须以保持催化剂的高效选择性和特异性为前提。在生物催化剂的筛选中已打破传统方法，当前，将生物诱变技术和高通筛选技术相结合是获得理想生物催化剂的有效方法。,岔妥睛面棘都尼悍薄涅华姓啼刚漓靶侄哆赔捐霞哮瞻寡闽析膝儿氨臆淫叫生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,6.1 市场现状 Staathof报道中提到目前有134种工业级生物转化，其中水解酶（44%）和氧化还原酶（30%）在工业生物催化应用中占主导地位；生物催化的平均效率为：产物浓度：100g/l，得率：69.5%。目前，用在精细化学品生产上的生物催化剂市场不超过2 000-2 500万美元，仅为藕制荆总市场的5生物催化剂市场的很大部分是垄断或半垄断的。这些催化剂常被提供给某个独家用户。倒如，意大利的Do Bi-Sclavo公司就专为该国的Recordati公司生产能拆分DL一对羟苯基甘氨酸的乙内酰脲酶系统。相对于酶制刺工业的其它部分，生物催化剂产品的销售极为零散，几乎还没有某种生物催化剂产品的市场超过10O万美元的。只有B-内酰胺酶类(如青霉素或头孢菌素酰胺酶)是个突出的倒外，其市场约为8 OOl 000万美元，占生物催化剂市场的5O。,崔郊呢寺社二俭扔冕蚕暴亡捕拭墟择栈谢漾蚌溉海影森瓶栋羽拢丈富绽捧生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,6.2 前景 进入90年代以来，毒副作用小，生物利用度高的手性药物（光学药物）发展速度极其迅速，市场年销售额已超过百亿美元。与此同时，生产手性药物必不可少的生物催化剂即工业酶制剂的生产也迅速崛起，成为一项充满活力的新兴高科技产业。在市场需求的推动下，品种繁多的新型生物催化剂品种也运应面生。其中，氨转移酶、亮氨酸脱氨酶、青霉素酰化酶、磷脂酶、氨化酶、氨多肽酶、固定化大肠杆菌、氧化脱卤素酶、乙酰脲酶、蛋白酶、热解酶等新型生物催化剂，已投入工业化批量生产并大量用于生产从抗生素到氨基酸、手性胺等一系列重要原料药产品。全球各主要制药公司实验室目前正在研制开发的1200个新药中，至少有820种为手性药物。这些手性药物一理正式投产，必定又要消耗大量的生物催化剂产品。帮此，在新药开发的同时，研制与之配套的新型生物催化剂，已成为国际制药工业世界共同关注的热点话题。可以肯定地断言，如果没有配套的新型生物催化剂，手性药物的商业化批量生产只能是空想，由此可见世界生物催化剂市场发展前景看好。,鸭堡擦桃睡悔锈磅茄邢擎砖嘘角弯最幽焚簇泊溶缅岂阜谰巳扭极践讣敖宵生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,结语与展望 由于生物催化剂具有催化效率高、专一性强和污染少等特点，生物催化已经和化学方法一样，被大量应用于药物的研究开发。但生物催化剂的热稳定性差、易受pH的影响和有机溶剂耐受性差等缺点，限制了生物催化剂用于大规模的工业化生产。不过随着新的生物技术如定向进化的出现，利用生物技术对生物催化剂进行改造优化已成为现实。相信在不久的将来，生物催化定能在制药工业中发挥更大的作用，给人类的健康事业作出新的贡献。正如20世纪中期石油化工的飞速发展改变了人们的生产、生活方式一样，尘物催化的广泛应用，将会给人们提供性能更佳的材料和能源 以可再生的生物原料为基础的生物生产过程，将逐步取代化石原料生产过程，成为21世纪化工生产的主体，从而实现绿色化工、绿色生产的目标,肚褪那稀邻愈焊批偏着闭今波槐鹃妇研瓢甸挞培主睹学篮汪寄遮搀可促舌生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,参考文献：1.酶催化技术开发及应用的研究进展 刘成柏，程瑛琨，于大海，王 智2.生物催化剂的应用和发展 钱凤珍 专题综述3.催化剂制备技术与活性评估 黄星亮 中国石油大学5.中科院研究生催化原理李增喜6.生物催化与生物加工的发展和工业应用 李春 一，杜晨宇。，曹竹安7.生物催化剂在有机合成中的应用 李祖义 朱明华 中国科学院上海有机研究所8.生物催化在绿色化学和新药开发中的应用 陈振明 刘金华 陶军华 化学进展9.生物催化在高分子合成中的应用 李祖义 陈 颖(中国科学院上海有机化学所上海200032)10.生物催化及其在手性技术中的应用 张芳 张霞 刘春 美潘扬(南京中医药大学药学院，江苏南京）,勒寸嗣须奎勇巧酸沟为本咨迄垂考御奔呢憨茎六睦米佰封铬延嫂妻疯褐廓生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,谢谢观看！,躇技元镰忆湿修筑晕翅除葱嗜辟再象徘赫哄台骇搏右祸吮验缅蔼秧尚诧父生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿生物催化剂讲课课件Microsoft PowerPoint 演示文稿,
