工业催化 演讲PPT 浅谈生物催化技术

(4)激活剂的作用常与它的浓度有关
(5)激活剂的作用机制是多种多样的

抑制剂：凡能降低或使酶活力丧失的物质 作用机制：

失活作用 抑制作用

去激活作用
实例应用：印染工业，先退浆后煮练工艺。
该工艺完全符台绿色清洁生产工艺，值得推广。具 有堆置时间短，成本低(酶的用量少)，退浆效果好， 废 水污染大大降低(其COD、BOD值比传统工艺低10 倍)，特别适合含浆重的高支高密厚重纯棉织物。 至于 纤维强力损伤比冷堆工艺大的问题，只要控制好影 响 酶促反应速率的关键因素，如pH值、温度、酶浓 度等， 就能控制纤维强力的下降。


生物催化反应的特征
高效性:酶的催化效率比无机催化剂更高，使得反应速率更快； 专一性：一种酶只能催化一种或一类底物，如蛋白酶只能催化蛋 白质水解成多肽；
多样性:酶的种类很多，大约有4000多种；
温和性:是指酶所催化的化学反应一般是在较温和的条件下进行的； 活性可调节性：包括抑制剂和激活剂调节、反馈抑制调节、共价 修饰调节和变构调节等； 相关性：有些酶的催化性与辅因子有关； 易变性: 由于大多数酶是蛋白质（少数是RNA），因而会被高温、 强酸、强碱等破坏。
(1)无机离子，如金属离子(K+，Mg2+，Ca2+等)、阴离子(Br-、Cl-等)、氢离子等； (2)有机分子，如谷胱甘肽，乙二胺四乙酸(EDTA)等；(3)蛋白质等生物大分子。
特点:(1)酶对激活剂具有一定的选择性，一种激活剂对某种酶起激活作用，但对另
一种酶却起抑制作用 (2)某些离子具有拮抗作用 (3)有些金属离子激活剂可以相互替代
浅谈生物催化技术
组长：梁俊杰 组员：苏东东 宋婷婷 秦艳 演讲者；宋婷婷
生物催化剂简介
生物催化:是利用生物催化剂(主要是酶或微生物)来改变化(通常是加
速)学反应速率，合成有机化学和药物制品。
生物催化剂:是指生物反应过程中起催化作
用的游离或固定化细胞各游离或固定化酶 的总称。

80年代初Cech和Altman分别发现了具有催化功能的RNA核酶（ribozyme），这一发现打破了酶是蛋白质的传统观念， 开辟了酶学说的新领域，为此Cech和Altman于1989年共同 获得诺贝尔化学奖。 1986年Schultz与Lerner等人研制成功抗体酶（abzyme）。 Boyer和Walker阐明了ATP合酶（ATPsynthase）合成与分 解ATP的分子机制，于1997年获得诺贝尔化学奖。 近20年来有不少酶的作用机制被阐明。随着DNA重组技术及 聚合酶链式反应（PCR）技术的广泛应用，使酶结构与功能 的研究进入新阶段。现已鉴定出4000多种酶，数百种酶已得 到结晶，而且每年都有新酶被发现。
生物催化的主要技术应用
--张光亚 方柏山 华侨大学工业生物技术研究所《生物催化记得发现及改造》 生物催化剂的底物拓展
蛋白质工程
我国生物催化剂的工业前景
-----魏东芝 华东理工大学 生物工程学院《生物催化的发展趋势及最新进展》
项目
现有化学催化剂
现有生物催化剂
未来生物催化剂
面向市场的速度
2-5年

影响酶催化反应的因素
底物浓度 温度 PH值 激活剂 抑制剂
酶催化反应动力学及其影响
反应速率受到底物浓度影响最大
此曲线为酶催化反应饱和曲线，经过实验得出米-曼 方程，v为产物生成速率， Vmax为最大反 应速率，Km为米曼常数 S为底物浓度
温度对于酶催化反应影响:(1)升温加速，降温减慢.(2)温度加速酶蛋白质变质，这 种效应随着时间累加的。 反应最初（未变性） 速率随温度升高加快 时间延长蛋白质变质 明显 温度对速率的影响逐渐被蛋白质变性效应抵消 酶的最适温度 随着温度的升高，一方面酶促反应速率加快(温度每升高10℃ ，反应速率增加 l～2倍)，另一力’面酶蛋白会逐渐变性失活。酶促反应具有最适合的温度范 围，如淀粉酶在20℃～120℃，果胶酶在25℃～100℃，纤维素酶在40～60℃。
生物催化的发展趋势
----未来前沿展望
我国的生物能源
----金涌 清华大学 生态工业工程中心《生物炼制与生物催化》
以生物质为源头几乎可以生产所有的基础有机化工 原料，并且很多产品已经显现出很好的经济性。如下： 1、生物柴油：废油、木本油料、麻风树等 2、蔗渣发电：170万Kw 3、垃圾发电：30万Kw 亿米3 4、沼气总发电：46 5、燃料乙醇总产量：160余万吨/年
辅酶因子和酶蛋白的结合比较疏松，
在酶反应中主要起传递氢、电子或转 移化学基团的作用
活性部位图例[3]
酶的特征[5]

酶具有高效率的催化能力；其效率是一般无机 催化剂的10的7次幂~~10的 13次幂。


酶具有专一性；（每一种酶只能催化一种或一类 化学反应。）
酶在 生物体内参与每一次反应后，它本身的性质和数量都不会发生改变(与 催化剂相似)； 酶的作用条件较温和。
与无机催化剂的比较
酶的功能

活性中心[1]：是指酶蛋白分子中与催化 有关的一个特定区域，一般位于酶分 子的表面，具有特定的空间结构，其 中包括底物结合部位和 催化部位。酶 活性中心的一些化学基团是发挥催化 作用所必需的基团，称必需基团

辅酶因子[2]：辅酶因子往往是酶维持其
空间结构和活性中心的必需基团，有 的直接参与酶活性中心的催化反应。
⑧魏东芝.高克亮.林金萍.王学东.苏二正
2009(z1)
①张光亚.方柏山.ZHANG
2006,26(3)
Guang-Ya.FANG Bai-Shan 生物催化剂的发现及改造[期刊论文]-生命的化学
②李祖义.吴中柳.陈颖
生物催化产业化进展[期刊论文]-有机化学2003,23(12)
生物催化剂的优缺点
--卢定强 南京工业大学 制药与生命学科学院《生物催化与生物转化的研究进展》
优点： 作用条件温和，基本上在常温、中性、水等环境中完成； 独特、高效的底物选择性（因为催化过程中的酶具有专一性的特点，即一种酶只能催化 一种特定的底物发生反应，但是一种底物则可能被多种酶催化） 对于手性活性药物成分的合成具有独特的优点。 缺点： 生物催化剂在反应介质中往往不稳定； 目前可用于工业化应用的生物催化剂还太少； 生物催化剂开发的周期较长。
④杜晨宇.李春.曹竹安.郑玉果
⑤于慧敏.罗晖.史悦.孙旭东.沈忠耀 ⑥张丽华.薛万华.白培万.王美云
版） 2009(6)
⑦孙凌燕
过氧化物酶在酚类废水处理中的应用[期刊论文] - 山西大同大学学报（自然科学
氯过氧化物酶发酵条件的研究[学位论文]2009 生物催化剂研发及生物催化技术的产业化[期刊论文]-生物产业技术
生物催化的未来展望
发展生物催化技术对于我国国民经济发 展具有重要的战略意义。美国战略经济分析 家里夫金博士在《生物技术世纪》里指 出．生物技术世纪也可能是中国人的世纪， 希望中国在生物技术世纪发挥重要的作用。 生物催化将在生物技术世纪里充分体现其核 心技术的影响力。
参考文献
①徐谷仓，棉织物生物酶前处理工艺 ②许志忠李建.任保增 ③黄汉生
10年
2-3年
生产成本
$1-10/kg
$10-100/kg
$1-3/kg
应用范围
宽
窄
宽
生物催化剂在药物研究方面的发展
--陈依军 吴旭日中国药科大学 生命科学与技术学院 化学生物学研究室《生物催 化与新药研究和开发》
1、物催化在新药研究中的应用 1.1先导化合物的结构改造 1.2活性代谢产物的研究 1.3人体代谢产物的制备 2生物催化在新药开发中的应用 2.1手性化合物的拆分 2.1.1水解反应 2.1.2酯化反应 2.2手性药物中间体的制备 2.2.1氧化还原反应 2.2.2氨基转移反应 2.2.3加氨反应
PH
酶活性
酶表现出最大活力时的PH值是最适PH值 影响机理：
PH值影响酶分子极性基团的解离，也就影响了酶与底物的结合及催化。 PH值影响了底物的解离，从而影响酶与底物的结合。 极端的PH条件引起了酶分子构想的改变甚至引起变形。
激活剂，抑制剂
酶活性
激活剂：凡能提高酶的活性，加速酶催化的物质。 分类：其中大部分是离子或简单的有机化合物。激活剂按分子大小可分为三类：
[期刊论文] - 印染（2002.12）
棉织物前处理过程绿色化分析[期刊论文] - 河南纺织高等专科学校学报 2003(3)
21世纪之初的生物催化技术发展动态[期刊论文]-现代科技译丛2001(5) 工业生物技术的核心--生物催化[期刊论文]-中国生物工程杂志2002,22(1) 生物信息学在工业生物催化研究中的应用[期刊论文] - 生物工程学报 2004(3)