生物催化剂

生物催化剂 桐花万里丹山路,清于老声。羌笛何怨柳,春不度玉。三万里河入海,五千仞岳上摩天。人固有雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏一死,或重于泰山,或于毛。夜听吹雨,冰河入梦来。雏雏雏雏雏雏雏 雏雏雏雏雏雏生物催化是利用生物催化，是或微 生物,来改，通常是加速,化学反的速率。雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏生物催化是指生物反指程中起催化作用的游离或固定化胞各游离或固定化的称。 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏特点:一、效率极高。二、高度一。三、条件温和。四、清保 雏雏 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏生物催化的用目前,生物催化工化学工已生重大影响,全球市模1O雏雏雏雏美元。在方面,微生物和工已被用于生物衍生原料,在始展到石油衍生材料域,雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏 且手性在有机品合成及柴油微生物脱硫中得到广泛用,在反中作歧雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏 化。在生小分子的物及中体,生物化和的化学方法最著的区雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏 就是能非常有效地不称合成手性化合物。由于生物催化是一以蛋白主体雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏 的催化,其催化活性易受温度及雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏pH 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏的影响。随着温度的上升,反速度加快,但达到某一温度以上(一般45,5O)?,蛋白就会性失活,其反速度就会急速下降,同它也只在有限的雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏pH 雏雏雏雏雏雏雏雏范内起反,故每雏雏都有其最佳温度和pH 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏。而有些工生程需在一定的温度、力、pH 雏雏雏雏雏雏雏雏雏或有机溶条件下行,因此要求所用生物催化具有高的耐受力,以适工化生需要。目前生物催化技的用主要局限于有无合适雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏的生物催化,用代技可得理想的生物催化。雏 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏 雏雏雏 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏生物催化的生物催化的广泛用有于大量生物分子的有效和。不同 菌株和不同的催化一性、活力及定性有很大差异,因此有菌分离、、雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏育等工作不可缺少。在工作中,要大生物催化的用必解决生物催化中的 一些典型困和操作上的限制,如温度、雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏pH雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏、物抑制、反速度及理的物料度等。要解决些必以保持催化的高效性和特异性前提。在生物催化的中已打破方法雏雏雏雏雏雏雏雏雏 雏雏雏雏雏雏雏雏,当前,将生物技和高通 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏技相合是得理想生物催化的有效方法。 雏 雏雏雏 雏雏雏雏雏雏雏生物催化的来源目前,少数生物催化是从物肝或植物中提取的,多数来自于微生物胞。除真核生物。和胞酵母 雏雏雏雏雏(雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏如从南极假酵母中得到了高效脂肪CalB)雏雏雏雏雏外,原核微生物是生物催化的主要来源。由于原核微生物(雏菌和古生菌)雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏是地球上出最早和数量最多的生命形,了漫的演后,多微生物适雏“雏”雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏劣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。在,然微生物培雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏也有其局限性,如很多生物体用当前技无法行培,但通微生物 培雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏来得生物催化仍是最普通和最有效的方法。是因微生物培能加 速生物体的新雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏代而增加其数量,以后的高通量提供了有利条件。 雏 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏生物催化的缺点生物催化的和本染是,强少等然具有催化效率高、一性 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏点,但在有机溶中生物催化的定性和耐受性都很低,易受到有机溶的 破坏,此外它的催化活性受到溶雏雏雏雏雏pH雏雏雏雏雏雏雏 和反温度的影响。 雏 雏雏雏雏雏雏雏雏在有机合成方面的用生物催化用于取代反 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏多都可以用来催化丙氨酸、氨酸、半胱氨酸衍生物b雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏一碳上的取代反以及蛋氨酸等化合物r一碳上的取代反。如雏 O雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏一乙基氨酸在的作用下,生b雏雏雏雏一碳原子上的取代反,得到L 一半胱氨酸,再如,L一半胱氮酸与L雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏 一高氮酸反,在的作用下,r雏雏雏雏雏雏雏雏一碳上的基被取代,生成L雏 一胱硫: 雏雏 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏在食品工中的用在食品工中可以用来降低粘度、提高抽效率(或分离效率)雏雏雏雏雏雏雏雏、增香、生物化等。在些用方面也同雏雏雏雏雏 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏目前世界推广着固定技,上模最大的固定工就是用固定化葡 萄糖异构雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏以葡萄糖原料生果糖糖。具体方法是将葡萄糖异构固定在 二乙胺乙基素雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏上,异构化条件是温度20?,PH雏6—9雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏。固定的活力可达90 雏雏,,并且如果的皤性降低可加入新使之再雏雏雏雏雏雏 生。 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏生物催化用于加成与消除反 雏雏雏雏 一碳碳双的加成H,-E,Hogberg及P Berglund雏雏雏雏雏雏雏等人系地研究了碳碳双雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏 在酵母粉下的加成反 雏 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏二碳氧双合可以催化合反。在一中,以的加成果糖一1,6雏雏雏一二磷(FDPA)在有机合成中的用雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏研究最深入。例来,在二基丙与2雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏一基丙的反中,以果糖一1,6-二磷雏雏雏催化,得到Furaneol 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏 生物催化用于的合成及水解反 雏 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏一的合成的合成常用酸和醇作原料,例如Pseu—domomasfragi雏雏的脂肪PEG雏雏雏修后能溶于苯中,可在25?有效催化雏雏雏雏雏醇香料(雏雏雏雏雏香茅醇、香叶醇、金合醇、植醇)雏雏雏和短酸(2—5碳酸)雏雏的化反,率雏雏雏雏80 ,95 ” 雏雏雏 雏雏 雏雏雏雏雏雏,也可以以及完成脂肪酸甘油的合成促内的合成等。另外交反也是制的一雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏个重要方法,当采用此法合成新,也可以用作催化,如 下例所示 雏雏 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏二、的由于在水解反酸性或碱性条件下水解,都可能引起碳架的改, 得到副雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏物。而催化的水解反,条件温和,不会影响碳架构,因此的 水解反用来催化得雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏尤重要。例如在酸性或碱性条件下水解丙酵乙酸 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏,都会生反,生成丙和一个合物,而用猪肝作催化,在pH雏7,5的条件下水解才得到雏雏雏 丙醇 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏 生物催化用于胺的合成及水解反 雏雏 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏一胺和的合成催化反在青霉索和菌素的胺生成中,起着极重要的作用。例如在的作用下,雏雏雏雏雏雏7雏雏雏雏雏雏雏雏一氨基去乙氧基菌素酸(7一ADAc)和D雏雏雏雏雏雏一苯基甘氮酸可以菌素。 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏当底物分子含有多不同反能力的官能,若想得到一的目物,用作催化是最佳的,雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏 例如天冬胺的合成 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏 生物催化用于氧化和原反 雏 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏一氧化反催化的氧化反包括醇氧化、氧化以及氧化成的反。如伯醇与仲醇的氧化一般采用醇脱,肝脱雏雏雏雏雏雏雏雏(HLAD) 雏雏 雏雏就是其中之一,新型糊精衍生物催化糠,制糠酸己氧雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏化成己内,可以用来催化脱氧化反,CH—CH雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏 的脱反,用微生物胞将氧化物氨基酸的氧化反,雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏 氮、硫、硒等原子的氧化反等。 雏雏雏雏 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏二和的原反除甲之外,所有都是潜手性的。因此在催化下,原得到a- 雏雏雏碳手性的伯醇。例如 a雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏 一甲基苯丙在酵母粉的作用下可原成伯醇 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏的生物催化原也是一重要的反,而且原物通常具有光学活性。 雏雏 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏在食品工中的用在食品工中可以用来降低粘度、提高抽效率(或分离效率)雏雏雏雏雏雏雏雏、增香、生物化等。在些用方面也同雏雏雏雏雏 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏目前世界推广着固定技,上模最大的固定工就是用固定化葡 萄糖异构雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏以葡萄糖原料生果糖糖。具体方法是将葡萄糖异构固定在 二乙胺乙基素雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏上,异构化条件是温度20?,PH雏6—9雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏。固定的活力可达90 雏雏,,并且如果的皤性降低可加入新使之再雏雏雏雏雏雏生。 雏 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏在医学方面的用生物摧化在医学方面的用已引出人玉胞、人工器官等新 概念。如利用微囊化技,将等生物大分子固定在雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏0.2-3um雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏的半透膜内,形成人工胞。由于薄膜的隔离,囊内的分子不雏 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏球蛋白与囊外的免接触,也不受水解的破坏,制成的含有一的人工雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏胞就是第一代人工胞。利用微囊即的人工胞可以化物血中的尿氨,再用固定化的吸附雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏除去氨,就是最的人工。用上述徽囊法制成韵含有多 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏系的微囊即是第二代人-雏雏雏雏雏雏雏 雏雏雏雏雏雏雏工胞,那尿素者把、谷氨陵脱、醇氨和氨等共同固定在微囊内,的代雏雏雏雏雏雏雏雏雏 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏就可以在微另囊的作用下周而始地外运据。人工就用微更囊了一步化的胰胞植 入雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏糖尿病的大鼠体内可以控制血糖水平治糖尿病,机体的排斥反可以避免。 雏雏 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏市目前,用在状精化学品生上的生物催化市不超2 000~2 500 雏雏雏雏雏雏万美元,藕制市的5 ,(雏表1)。 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏生物催化市的很大部分是断或半断的。些催化常被提供某个独家用。倒如,意大利的Do Bi-Sclavo雏雏雏雏雏公司就国的Recordati雏雏雏雏公司生能拆分D,L雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏一苯基甘氨酸的乙内系。相于制刺工的其它雏雏雏雏雏 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏几乎没部分,生物催化品的售极有某生物催化品的市零散,超10O万美元的。只有B-雏雏雏雏内胺(雏雏雏雏雏雏雏如青霉素或菌素胺) 雏雏雏是个突出的倒外,其市8 OO,l 000 雏雏万美元,占生物催化市雏的5O 。 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏前景近年来,生物催化在大的精增强化学品市中率。2008雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏年用于精化学工和制工的生物催化在雏雏1雏美元到1,3雏雏雏雏雏雏雏雏美元,年增率达8-9雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏,。已工化的法合成有固醇及甾醇合成、生物碱合成、有机酸雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏合成、糖的化、用多及蛋白的合成、氨基酸 合成、核苷酸雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏合成。世界合(OECD)雏雏“雏雏雏雏雏”雏雏雏雏生物催化技是工可持展最有,它的高速展将希望的技来技上的雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏新,也将推生力的高速展。在去的十年中,由于了在广 泛使用的必要的分子生物科技工具和高通量技,生物催化已得了很大的重。由雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏于上述特点,生物催化将会受到雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏青。到步界生商的一2010雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏年,生物技在全球精化学工的份雏雏雏雏雏雏雏将会由目前的15%雏升至2010年的6O雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏,,增速度十分惊人,而且的可能性很大。生物技在有机雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏精化学工合成域的份将会快速增,并将完全取代合 成生工在域的雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏使用。生物催化技的用不局限于合成手性分子, 而且可用于生手性雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏聚合物,尤其是在化品工和食品工的用前景更 光明。 雏雏与展望 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏由于生物催化具有催化效率高、一性和染少等特点,生物催化已和化学方强 法一,被大量用于物的雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏研究。但生物催化的定性差、易受pH雏雏雏雏的影响和有机溶耐受性差等缺点,限制了生物催化用于大模的工化生。不随着雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏新的生物技如定向 雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏化的出,利用生物技生物催化行改造化已成。相信在不久的将 来,生物催化定能在制工中雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏更大的作用,人的健康事作出新的献。正如20雏雏雏雏雏雏世中期石油化工的速展改了人的生、生活方雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏 雏雏以可式一,物催化的广泛用,将会人提供性能更佳的材料和能源再生的生物原料雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏取代化石原料生程,成基步的生物生程,将逐21雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏世化工生的主体,从而色化工、雏雏雏雏雏 雏。色生的目 天作孽,犹可,自作雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏孽,不可活。十年窗下无人,一成名天下知。沙上 并禽池上暝,云破月来花弄影。天生我材必有用,千金散尽雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏雏来。春知苦,不遣柳条青。