這是生物催化ppt，包括了生物催化的概述，生物催化的作用機制，生物催化的應用，發(fā)展前景與展望，生物催化的產生與發(fā)展，生物催化劑的分類等內容，歡迎點擊下載。

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Contents 生物催化的定義 生物催化（ biocatalysis ）是利用生物催化劑(主要是酶或微生物)來改變(通常是加快)化學反應速度的作用。 生物催化的產生與發(fā)展 生物催化的產生與發(fā)展 生物催化的產生與發(fā)展 1930年 Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的結晶。 生物催化的產生與發(fā)展 某些RNA有催化活性（ ribozyme，核酶） 生物催化劑的來源 生物催化劑的分類 酶的作用特點 絕對專一性——指某些酶對底物有絕對嚴格的要求，即一種酶只能催化一種特定的底物進行反應 。 相對專一性——指酶能催化結構相似的一類底物進行反應�；蛞�求有一定的化學鍵及鍵兩端的原子基團；或僅要求一定的化學鍵。 立體異構專一性——指酶對催化底物的立體結構有高度選擇性。即一 種酶只能作用于底物立體異構中的一種 酶作用專一性機制 誘導契合學說（induced fit hypothesis） “三點結合”催化理論 生物催化酶的類別 氧化-還原酶催化氧化-還原反應。 主要包括脫氫酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。 如乳酸(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應。 轉移酶催化基團轉移反應，即將一個底物分子的基團或原子轉移到另一個底物的分子上。例如， 谷丙轉氨酶催化的氨基轉移反應。 異構酶催化各種同分異構體的相互轉化，即底物分子內基團或原子的重排過程。例如，6-磷酸葡萄糖異構酶催化的反應。 裂合酶催化從底物分子中移去一個基團或原子形成雙鍵的反應及其逆反應。 主要包括醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。 例如， 延胡索酸裂合酶催化的反應。 合成酶，又稱為連接酶，能夠催化C-C、C-O、C-N 以及C-S 鍵的形成反應。這類反應必須與ATP分解反應相互偶聯(lián)。 A + B + ATP + H-O-H ===A  B + ADP +Pi 例如，丙酮酸羧化酶催化的反應。 丙酮酸 + CO2  草酰乙酸 酶催化的化學反應 1. 鹵化反應 對于富電子底物， 自然界一般利用黃素依賴型的鹵化酶或鹵素過氧化物酶來催化氯化、溴化或碘化作用。對于烷烴等缺電子底物， 則往往利用單核鐵鹵化酶。 色氨酸7-鹵化酶等FADH2 鹵化酶可以催化一系列的吲哚衍生物和芳香雜環(huán)化合物的區(qū)域特異性鹵化反應。 2 大環(huán)化作用 一般由生物合成末端的環(huán)化酶所催化 環(huán)化酶具有豐富的底物多樣性， 不僅可以催化線性硫酯底物高效合成18 —42 元環(huán)的巨內酰胺，而且底物除兩個基團外， 其他所有基團均可被取代。 酶環(huán)化作用并不僅通過催化碳氮鍵形成大環(huán)多肽， 還可以催化NRP 縮酚肽的合成和PK 內酯環(huán)化反應。 生物催化與綠色化學 生物催化通過催化高立體和高區(qū)域選擇性反應來防止廢物的產生，利用水作為反應溶劑來防止或減少有害有機溶劑的應用，根據催化反應在常溫常壓進行的特性來設計高能效和安全的化學合成工藝，充分利用可降解的可再生原料以提高原子經濟效益。該技術滿足綠色化學的12 個原則， 對綠色 化學的發(fā)展日趨重要。 生物催化應用領域： （1）傳統(tǒng)化學法由丙烯腈合成丙烯酰胺，轉化率僅為97%~98%，由化學法合成的丙烯酰胺聚合生成的聚丙烯酰胺分子質量很難超過1200萬，而采用生物法即采用丙烯腈水合酶催化合成，其轉化率達99.9%以上，比化學法成本低10%以上，聚合生成聚丙烯酰胺分子質量達2000萬。 （2）利用酶法生產的氨基酸有很多，若利用順酐和富馬酸等為原料經化學法生產天門冬氨酸，轉率僅為80~85%，而采用酶法生產，天門冬氨酸的轉化率可達99%以上。 （3）酶催化劑將化學合成的前體、潛手性化合物或外消旋衍生物轉化為單一、光學活性產物，根據有機化學基本理論中關于立體化學的闡述，可知通過酶催化而生成的手性化合物在精細化工中占極重要的地位。 例：LyricaTM的活性成分pregabalin 的化學生產路線 cyanodiester (CNDE) 水解脫羧和加氫后得到消旋β2氨基酸， 最后進行化學拆分。為了得到高光學純度的活性藥物成分(API) ， ( S)2扁桃酸拆分后需要進一步重結晶，但兩步反應得率只有25 % —29 %。由于不需要的對映體回收比較困難，整個過程的產率只有18 % —21 %。這樣，拆分步驟之前70 %的原材料(包括中間體、試劑和溶劑) 最后都成為廢物。 酶拆分在第一步進行，不需要的對映體可以很容易回收 3 步反應都在水中進行。因此，該新工藝免除了傳統(tǒng)的( S)2扁桃酸化學拆分過程和圖式5 所示的大部分有機溶劑 收率和通量(throughput) 加倍提高 生物催化的主要應用方向 生物催化的國內成功應用實例 生物催化的國內成功應用實例 生物催化的國內成功應用實例 生物催化的國內成功應用實例 生物催化的國內成功應用實例 發(fā)展前景與展望 綠色化學與生物聚合物降解 一、綠色化工產生的背景 150年以前，大部份有機化學品還都來自生物原料(biomass)，之后開始了用煤作為化學原料，接著就是應用石油的時代。 石油的豐富、易得使化學工業(yè)獲得了快速發(fā)展，已成為化學工業(yè)的主導原料。二十世紀，石油化學工業(yè)對提高人民的生活水平，發(fā)展經濟作出了重大貢獻。 與此同時和石油化學工業(yè)相關的一系列環(huán)境問題也相應出現了。概括地講：二十世紀石油化學工業(yè)的成就是以犧牲環(huán)境為代價的。 自然界有著相當豐富的生物原料（纖維素：1600億噸/年），完全可以滿足有機化學品所需的全部物質。 從環(huán)保角度看，和石油及天然氣作為原料不同的兩個首要優(yōu)點是生物原料無毒、同時可完全再生。 從國家安全和長期經濟觀點來看，可以持續(xù)提供生產有機化學品的原料和能源。 二、綠色化工過程 由生物原料出發(fā)，利用生物技術生產化工原料（乙醇）的技術概括起來可分為三部分： （1）從生物質（如農作物的秸稈中）提取纖維素； （2）纖維素降解到葡萄糖； （3）葡萄糖發(fā)酵到乙醇或其它精細化工品。 優(yōu)點是整個過程的廢棄物可作為肥料、飼料和獲得能源。由于整個過程不產生污染物，所以被稱為真正意義的綠色化工。 技術關鍵是由纖維素降解到葡萄糖。 三、國內外研究現狀 雖然纖維素可作為一種最便宜的化工原材料，但是由于以下幾個原因使得維素的降解變得十分困難。 （1）通常和木質素相聯(lián)結； （2）纖維素通常是晶體； 1、纖維素提取分離 美國國家再生能源實驗室（National Renewable Energy Lab，NREL）的工作人員開發(fā)出了一種方法，可以在100克規(guī)模上有效地分離出纖維素，效率接近100%；也可以用生物發(fā)酵的方法將生物原料去掉木質素和蛋白質，提純纖維素。 2、纖維素降解 降解纖維素到葡萄糖的纖維素酶（如一種木霉的霉菌）是由三種具有互協(xié)功能的纖維素活性酶構成的。 (1)內葡萄糖酶：可使纖維素的內糖苷鍵開裂； (2)纖維生物水解酶：可將纖維素的末端鍵水解成二聚體(3)β-葡萄苷酶：可將二聚體裂解成葡萄糖。 從化學角度看，纖維素降解過程實際上就是一個由酶促進的酸催化過程，這里酶的本質就是酸催化劑。 例： 莽草酸是預防和治療感冒病毒感染的藥物唾液酸苷酶抑制劑磷酸奧司米韋(oseltamivir phosphate ， Tamiflu) 合成的關鍵起始原料(圖式9) 。 隨著人們對禽流感病毒爆發(fā)的恐懼日增，世界上很多國家都在建立Tamiflu庫存，以此作為全國性感冒流行預防計劃的一部分。 在Roche 公司的磷酸奧司米韋10 步合成路線中， 莽草酸是關鍵中間體， 因為其3 個手性中心和環(huán)狀骨架在形成最后的API 結構時非常重要。 在實際生產中， 莽草酸可由在兩種莽草酸鹽激酶同工酶都缺失的大腸桿菌工程菌發(fā)酵獲得。合成莽草酸的效價為84 g/L ， 收率為原料葡萄糖的33 % 目前磷酸奧司米韋合成路線的一個缺點是API終產物中氨基部分來自易爆的疊氮化物。 新的無疊氮化物參與合成途徑，該途徑首先通過兩個微生物轉化過程把葡萄糖轉化為氨基莽草酸， 然后再以氨基莽草酸為起始物合成磷酸奧司米韋。 “developed the first enzymatic method for the large-scale synthesis of oligosaccharides and the first programmable automated synthesis of oligosaccharides”. These methods have been used to solve major problems and create new opportunities in carbohydrate-mediated biological recognition and disease control. Saccharides are more difficult to synthesize because: (i) typically branched rather than linear， (ii) the monosaccharide units can be connected by a or b linkages， (iii) Oligosaccharide synthesis requires multiple selective protection and deprotection steps. Advantages of enzymatic glycosylation: occurs stereo- and regioselectively under mild conditions Extensive protection-deprotection schemes are thus unnecessary， and the control of anomeric configuration is simple. even very sterically demanding couplings can be performed selectively Glycosyltransferases， catalyze the transfer of a saccharide from a sugar nucleotide donor to an acceptor. enzymatic one-pot strategies More than one glycosyltransferase can be mixed together in a reaction vessel， with regeneration of the nucleoside phosphate sugar for each glycosyltransferase， to form multiple glycosidic bonds in one pot. eliminates product inhibition and also minimizes the cost. revolutionized the field of carbohydrate chemistry and enabled the large-scale synthesis of complex oligosaccharides for clinical evaluation 0Vb紅軟基地

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