系统生物催化的原理及应用(欧阳平凯院士)
催化学的基础研究及应用
催化学的基础研究及应用催化学作为一门交叉学科，涉及化学、物理、生物等多个学科，具有广泛的应用前景。
其研究的核心是从理论和实验两个方面探究催化机理，开发新的催化剂，设计高效的反应体系，以及在化工、能源等领域中实现可持续发展等目标。
本文将探讨催化学的基础研究及应用，并探讨其在当今世界发展中的不可或缺的地位。
一、催化学的基础研究催化学的基础研究一直是该领域不断发展的动力。
在研究中，科学家们通过对催化剂的种类、结构、性质、反应机理等多个方面的研究，试图解析催化过程中的各种问题，探寻影响反应速率和选择性的机理。
这些研究有助于人们更好地理解催化反应，设计更高效的催化剂，改进反应体系。
在基础研究中最重要的一步就是对催化剂的选取。
要想得到高效的催化剂，需要理解其在反应中的活性中心和表面性质，同时还需要探寻不同基础状态下的表现差异和催化性能的变化规律，以确定最佳的催化剂性质。
例如，在催化剂设计中，需要通过催化剂结构、成分、表面性质、形态等构建催化剂-反应体系，实现催化反应中的有效过程控制。
因此，在催化学基础研究中，催化剂的研究一直是一个重要的研究领域。
同时，催化剂的表面化学是影响催化反应速率和选择性的重要因素之一。
依据表面化学原理，研究表面结构、性质、反应和性能等多个方面可以为理解催化反应机理和评估催化剂性能提供更详细的信息。
此外，在表面化学领域中，还涉及到表面催化中的动力学、热力学等多个方面的研究，包括表面吸附、表面分子扩散、表面反应等等。
催化学的基础研究能够为催化过程的应用提供强有力的支持。
例如，在催化反应机制的研究中，可以确定催化反应的机理，为设计出具有更好性能的催化剂提供指导；在反应活性和选择性的研究中，可以有效地降低特定反应的副反应和废弃物产生，提高反应的效率。
二、催化学在能源领域中的应用随着能源需求的不断增加和能源储备的日益枯竭，能源开发和利用成为世界上面临的一项严峻挑战。
作为一项重要的技术手段，催化学在能源领域中具有巨大的应用潜力。
《催化作用原理》课件
要点二
详细描述
智能催化与人工酶是未来催化科学与技术的重要发展方向 。通过结合智能技术和生物酶的催化机制，设计具有优异 性能的智能催化剂和人工酶。这将有助于解决一些传统催 化方法难以解决的问题，提高催化反应的效率和选择性。
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详细描述
通过建立动力学模型，可以定量描述反应速 率与反应物浓度、温度等参数之间的关系。 这有助于优化反应条件，提高催化效率。
总结词
反应机理研究方法是探索催化反应如何 发生的重要手段，对于催化剂设计和性
能改进具有指导意义。
详细描述
常用的反应机理研究方法包括同位素示踪法、中间体捕获和红外光谱等。这些方法有助于揭示反应过程中的关键 步骤和中间产物，为催化剂的优化提供理论支持。
催化剂的选择性
总结词
催化剂的选择性是指催化剂对反应物转化为目标产物的选择性，即目标产物在所有产物 中的比例。
详细描述
催化剂的选择性对工业催化过程至关重要，可以提高目标产物的产率和纯度，降低副产 物的生成。影响催化剂选择性的因素包括催化剂的组成、结构、表面性质以及反应条件
等。
催化剂失活与再生
总结词
化工生产中的催化过程
乙烯的合成
通过催化剂的作用，将乙醇转化 为乙烯，是化工生产中重要的原
料。
丙烯腈的合成
通过催化剂的作用，将丙烯和氨转 化为丙烯腈，是重要的合成材料。
苯酚的合成
通过催化剂的作用，将苯和甲醛转 化为苯酚，是重要的化工原料。
环境治理中的催化过程
汽车尾气的催化转化
通过催化剂的作用，将汽车尾气中的有害物质转化为无害物质， 降低空气污染。
03
催化剂的活性与选择性
催化剂的活性
国家生化工程技术研究中心
国家生化工程技术研究中心（National Engineering Research Center for Biotechnology，NERCB）于1996年4月经国家科学技术部批准依托南京工业大学组建而成的高新技术研发实体。
NERCB根据我国经济建设和社会发展的需要，以市场需求为导向，面向企业规模生产的需要，对具有发展前景的工业生物技术科研成果进行系统、工程化研发，为企业提供成熟配套的技术工艺和装备，并推动集成、配套的工程化成果向相关行业辐射、转移与扩散。
作为国家级的工程技术研究中心，NERCB在中国工程院院士欧阳平凯教授的带领下一直致力于推动中国工业生物技术（White Biotechnology）的整体发展。
在中国政府的领导下，组织并完成了国家中长期规划中工业生物技术部分的规划；在科技部的领导下，组织全国的专家完成了“十一五”国家高技术研究发展计划（863计划）中工业生物技术的项目建议、立项和启动工作；作为技术部门，近五年来，承担了国家重点基础研究发展计划项目（973项目）、国家高技术研究发展计划项目（863项目）、国家重点科技攻关项目、国家自然科学基金等项目二十余项，省部级项目和企业委托项目近百项，年科研经费近两千万元；在产业化方面，完成了果糖二磷酸、核苷酸、苹果酸、丙氨酸和多肽等多个项目的产业化，取得了良好的经济效益和社会效益；面对国家能源紧张、资源破坏和环境污染等问题，作为国家创新体系的重要组成部分，国家生化工程技术研究中心与中国石油化工集团公司合作成立了南京工业生物技术联合研究开发中心和在江苏省政府的支持下成立了江苏省工业生物技术创新中心，在国内率先从事生物质资源代替化石资源和生物基化学品等生物制造的研究。
NERCB真正起到了国家工程研究中心应有的引导行业技术进步、推动行业发展的作用。
NERCB建设十余年来，建立了生物催化多样性的研究平台、生物催化剂的快速改造技术平台、生物催化技术研究平台、生物分离工程新技术研究平台和生物催化系统集成平台等较完整的工业生物技术研究平台以及不同规模的中试线，已建成了较完善的工业生物技术研究体系和研究团队，在生物能源、生物材料、大宗化学品和精细化学品等领域已取得了不俗的成绩。
化工院士名单
化工院士简介1.金涌，化学工程专家，1997年当选为中国工程院院士 (2)2.毛炳权，高分子化工专家，1995年当选为中国工程院院士 (2)3.闵恩泽，石油化工催化剂专家，1994年当选为中国工程院院士 (3)4.欧阳平凯，生物化工专家，2001年当选为中国工程院院士 (3)5.汪燮卿，有机化工专家，1995年当选为中国工程院院士 (4)6.魏可镁，化肥催化剂工程技术专家，1997年当选为中国工程院院士 (4)7.袁晴棠，石油化工专家，1995年当选为中国工程院院士。
(5)8.袁渭康，化学工程专家，1995年当选为中国工程院院士 (6)9.周光耀，无机化工专家，1995年当选为中国工程院院士 (6)10.倪维斗，动力机械工程专家，1999年当选为中国工程院院士 (7)11.秦裕琨，热能工程、燃烧学专家，2001年当选为中国工程院院士 (7)12.谢克昌，煤化学工程专家，2003年当选为中国工程院院士 (8)13.徐旭常，热能工程专家，1995年当选为中国工程院院士 (9)14.岳光溪，洁净煤技术专家，2009年当选为中国工程院院士。
(9)15.林励吾，物理化学家，1993年当选为中国科学院院士 (10)16.彭少逸，物理化学家，1980年当选为中国科学院学部委员(院士)。
(10)17.顾夏声，环境工程专家，1995年当选为中国工程院院士 (11)18.季国标，化学纤维工程技术专家，1994年被选聘为中国工程院院士 (11)19.钱易，清华大学环境科学与工程系教授，1994年当选为中国工程院院士。
(12)20.孙晋良，产业用纺织材料及复合材料专家，1997年当选为中国工程院院士。
(12)21.张懿，环境化学工程与过程工程专家，1999年当选为中国工程院院士。
(13)22.曹湘洪，石油化工专家，1999年当选为中国工程院院士 (14)23.关兴亚，石油化工专家，1995年当选为中国工程院院士。
欧阳平凯：破解生命奥秘的人
欧阳平凯：破解生命奥秘的人
作者：暂无
来源：《发明与创新·大科技》 2018年第8期
欧阳平凯，1945年8月出生于广西平乐县，原籍湖南湘潭，生物化工专家，中国工程院院士，南京工业大学生物与制药工程学院教授、博士生导师，南京工业大学原校长。
欧阳平凯组建和领导了国家生物化工技术研究中心；创造性地提出运用组合合成的方法构
建与优化生物化工过程，在复杂的酶系中将反应与反应组合、反应与生物膜组合、反应与分离
组合，使中国FDP、L-丙氨酸、L-苯丙氨酸、L-苹果酸的生产技术达到国际先进水平；首创了
利用反应与分离耦合技术在高固含量拟低共熔体系所实现的单槽过程，大幅度提高了反应速度
与产物浓度，缩短了流程，降低了成本；研发了包括气升式等系列高效生物反应器、生物分离
等单元操作装置，率先形成批量生产与工程配套能力，促进了我国用生物技术生产专用化学品
新领域的发展。
欧阳平凯于2001年当选为中国工程院院士，2003年获得何梁何利基金科学与技术进步奖，2008年当选为江苏省科学技术协会第七届委员会主席，2013年受聘担任浙江大学求是讲座教授，2014年兼任江苏省产业技术研究院院长。
欧阳平凯主持项目的研究成果先后获得国家科技进步
一等奖1项，国家技术发明二等奖1项，杜邦科技创新奖1项，省部级一等奖3项、二等奖1项。
《生物产业技术》创刊五周年回顾之工业生物技术篇.aspx
万方数据万方数据万方数据利用转基因大肠杆菌生产乙醇的商业化工厂２００７年１月在日本举行开工典礼．生产能力为每年从４８０００吨建筑废木材中生产燃料用乙醇１．４×１０６Ｌ等报道。
杂志２００８年第２期“利用藻类开发第二代生物燃料”中报道了藻类的最大优点在于：一是它能在咸水．废污水中生长，不与农田及淡水相争；二是生长速度惊人，比其他植物快４０倍。
美国Ｓａｎｄｉａ国家实验室技术专家佩特称，每公顷藻类所炼出的油比同等面积农产品炼出的油所产生的能量要高ｌ０～１００倍。
２０１０年第１期中“日本科学家认为微藻制生物燃料的ＣＯ：固定效果有限”一文中，日本科学家对微藻类消减ＣＯ：排放的效果存在疑问，并提出为了使微藻类培养作为减少温室气体的方法成立，不能只考虑ＣＯ：的固定量，也必须考虑建设培养系统时产生的温室气体的总量。
２生物质化工与石油化学工业相对应，利用生物炼制技术手段生产化学品与材料形成了一个新的化学工业模式，被称为“生物质化学工业”。
与生物质能源工程不同，生物质化工将会在原有石油化工的基础上发展．其生产技术与现代石油化工技术的接轨．可以很快地产生效益．并且在石油涨价过程中与原有石化路线竞争中发展，这将有力地促进化学工业的技术进步与产业提升。
■反馈服务编码Ｗ２９４２２．１生物过程工程我国是工业生物技术大国，发酵装置体积１０００万立方米，居世界第一。
在工业生物技术上游领域（细胞工程、基因工程等）和世界先进水平差距较小．但在工业生物技术的过程科学基础研究方面与国外有较大差距。
鉴于工业生物过程是生物技术产业化的瓶颈，杂志从２００８年起，连续３年组织相关的专题，邀请生物过程工程专家对此进行讨论。
北京化工大学谭天伟教授在２００８年第１期撰文指出工业生物技术的过程优化是节能降耗的重要途径，过程的集成是工业生物过程优化的重要手段。
国家生化工程技术研究中心副主任储炬教授在２００９年第４期”工业微生物发酵过程放大策略”一文中认为影响生物过程放大的几个重要因素包括发酵罐几何相似准则的放大、供养能力相似准则的放大，茵体代谢、培养条件和数学模型模拟与预测等几方面。
酶工程技术极其在医药领域的应用
酶工程技术极其在医药领域的应用摘要：随着生物技术的迅速发展，酶工程在生物工程中的核心地位得到了更好的体现。
酶工程作为一种高新技术，已在医药、食品、轻工业、纺织等行业中得到越来越广泛的应用。
本文将从酶的固定化技术、酶催化技术、酶的化学修饰、脱氧核酶、抗体酶和酶学诊断等几个方面来对酶工程在医药行业中的应用进行综述。
关键词：酶工程；医药；应用Enzyme engineering technology and it’s application in the medicalfieldAbstract: With the rapid development of biotechnology, enzyme engineering as a hard core of biological engineering has been better reflected. Enzyme engineering, as a new high-tech, has been widely used in medicine, food, light industry, textile and other industries. This article told the application of enzyme engineering in the medical industry from these aspects ,Enzymes Immobilization, Enzyme Catalysis, Enzymes Modification, Deoxyribozyme, Catalytic Antibody and Enzymatic diagnosis.Key words: Enzyme Engineering; Medicine; Application1 引言：回顾20世纪，生物科学与生物工程在全球崛起并迅速发展，已经从整体水平发展到细胞水平和分子水平，在基础与应用研究领域取得了举世瞩目的成果。
酶催化的应用
酶催化的机理及应用前言作为工业生物技术的核心，酶（生物）催化技术被誉为工业可持续发展最有希望的技术。
中国工程院院士欧阳平凯表示，生物催化和生物转化技术，将是我国化工行业实现生产方式变更、产品结构调整与清洁高效制造的有力保证。
著名学者欧阳平凯称，通过多年的建设和积累，我国已构建了新的生物催化和生物转化的研究体系与技术平台，应用新技术手段的新菌种和酶的改造和筛选已成体系，极大地提高了筛选秸秆气化发电系统效率、缩短了周期。
以粮食作物和油料作物为原料的生物炼制体系形成了新的产业模式，纤维质原料规模化水解制备燃料乙醇正受到青睐，秸秆气化热电联产整套系统也已形成。
迄今为止，我国已开展了大量的生物催化和生物转化的研究和开发工作，并成功地对部分过程进行了绿色改造，取得了显著效果。
同时我们还应看到，人类培养和利用的微生物还不到1％，还有巨大的潜力可以挖掘。
对于中国来讲，在可耕种土地资源缺乏、石油价格暴涨的情况下，大规模培养含油微藻来生产生物柴油是一个潜在的新方向，被业界视为具有良好发展前景的第三代生物能源。
我国以占世界不到7％的土地，承载着全球近1／3的中低品味、富含有机碳、氮磷钾的生物质废弃物，若不加以有效利用，会导致严重的污染排放问题，造成水体的富营养化。
另一方面，化石原料利用带来了温室效应问题，若利用低品位生物质资源制备生物质材料，进而替代我国大量使用的三大合成高分子有机碳材料，可实现数千万吨的CO2的减排。
简言之，酶（生物）催化有着难以估量的发展前景与潜在价值。
目录酶催化的机理及应用 (1)●前言 (1)一、综述 (3)二、酶催化的机理 (4)(一) 历史上的两种假说 (4)(二) 具体机理的描述 (5)(三) 酶催化机理的研究 (7)三、酶在工业中的应用 (7)(一) 生物柴油生产中的酶催化 (7)(二) 酶催化技术在工业废水应急处理中的应用 (8)四、酶在生物医药中的应用 (9)(一) 酶催化与制药 (9)(二) 抗癌药物 (10)五、酶在日常生活中的应用 (11)(一) 酶在化妆品行业的应用 (11)(二) 固定化酶在食品工业上的应用 (12)六、总结 (14)●摘要 (14)一、综述酶，又称为酵素，是具有生物催化功能的生物大分子，即生物催化剂。
08年973项目名单(包括重大科学计划)
广州医学院 钟南山 呼吸系统疾病与损伤基础研究
华北电力 杨勇平 大型燃煤发电机组过程节能的基础研究
华东师大 麻生明 惰性化学键的选择性激活、重组及其控制
华中科大 詹启敏 肿瘤侵袭和转移的恶性生物行为及分子干预
华中农大 袁宗辉 畜禽产品中有害物质形成原理与控制途径研究
08年973项目名单（包括重大科学计划）
依托单位 首席 项目名称
清华大学 张双南 黑洞以及其它致密天体物理的研究
清华大学 雒建斌 IC制造装备基础问题研究
清华大学 南策文 信息功能陶瓷及其元器件的若干基础问题研究
清华大学 柴天佑 复杂生产制造过程一体化控制系统理论和技术基础研究
浙江大学 郑树森 器官移植的免疫学应用基础研究
浙江大学 鲍虎军 混合现实的理论和方法
浙江大学 喻景权 设施作物的环境适应机制与产品安全调控的基础研究
厦门大学 韩家淮 炎症反应的细胞信号转导网络与肿瘤的关系
厦门大学 戴民汉 中国近海碳收支、调控机理及生态效应研究
厦门大学 袁 立 畜禽肌肉和脂肪发育的分子调控机制研究
吉林大学 赵修建 纳米材料与结构在环境气体污染物检测与治理中的应用基础研究
南京大学 吴 迪 若干关联系统中多重量子序的共存、竞争与调控研究
南京邮电 黄 维 有机纳米材料在显示器件中的应用及相关原理
山东大学 徐现刚 金属/介质纳米异质结构中的局域耦合效应及其在光电转换器件中的应用
上海中医 吴焕淦 灸法作用的基本原理与应用规律研究
四川大学 肖 波 神经元发育与退行性病变的分子细胞遗传机制
天津大学 王成山 分布式发电供能系统相关基础研究
生物催化：可持续发展的希望——访南京工业大学校长、中国工程院院士欧阳平凯
难 题 ，需 要 构建 新 的生 物 产 业 路 线
关 技术缺失制约发展
与此 同 时 ， 粮食 供 给不 足和石 油 资源 短缺 ， 也对 以粮 食和 石 油为 原料 的生物 加 工过程 提 出 了新 的挑 战 。 未
来 中国如 何养 活 １ 人 口，怎样 保 ５亿
图、 物质 加 工新 体 系和新 生物 催 化 生 剂体 系 。 而要 做 到这一 点 ， 就要 充分 发 挥 生物 催 化 和 生 物 转 化 技 术 的高
止， 人类 培养 和利 用 的微生 物还 不 到 １ 还有 巨大 的潜力 可 以挖掘 。 ％， 对于 中国来 讲 ，在可 耕种 土地 资源 缺 乏 、 石 油价 格暴 涨 的情 况下 ， 规模 培养 大 含 油 微 藻 来 生产 生 物 柴 油 是一 个 潜
标， 是在 化工 领域 大 规模 采用 微生 物 或 酶为 催化 剂 ， 大规模 生 产有 机化 学 品 。 为一 种 极为 有效 的化 学 品制备 作 手段 ， 生物 催 化和 生物 转化 技术 虽 然 面 Ｉ 一些 挑 战 ， 时也迎 来 了新 的 临着 同
研究与技术 平台搭建完成
据 介绍 ， 自２ ０ ０ ３年 以来 ，生 物
生物转 化 的研究 体系 与技术 平 台 ， 应
用 新技 术 手段 的新 菌 种和 酶 的 改 造 和筛选 已成 体系 ， 大地 提高 了筛选 极
分 离装 备被 引入 １６ 二磷 酸果糖 和 ，
核 苷酸 的大 规模工 业化 生产 中 ， 大 大
■
生物催化与生物转化的核心 目标 。是在化Ｉ领域大规模采用微生物或酶
为催化ｌ ，大规模生产有机化学 品。 齐 ｊ ｝
生物催化 ：可持续发展的希望
我国生物化工领域的领头人——欧阳平凯
校 园， 初 中、 高中 ， 他在 数 学、 物理 和化 学上展 露 了较
高的 天 分。 １ ９ ６ ３ 年， 他 以湖 南省 高考优 秀成 绩跨 入 了
清华 大学 ， 就 读化 工 系化 学工程 专业 。 在校期 间 ， 他 的
成绩一直名列前茅， 成 为班级 第一个发展的团员， 并
在担 任班 长、 学习委 员中 ， 初 步展现 了组织 才能 。
强者 的锤 炼 。 欧 阳平 凯一 边打短 工 ， 一 边 自学 ， 从 懵
懂无知 ， 走 向 了 自 强 自立 ， 走 向 了 坚忍 不 拔 。
外， 他 以锲 而不 舍 的求 索精 神 和 一名 公派 学者 的 良
知， 积极 求知 于 生物 化工这 一 前 沿 交叉 学科 ， 全方位 摸 清 了其 发展脉 络 ， 掌握 了其 最新 的 发展 态 势 。 他 所 做 的课 题 《气升 式 生物 反应 器传 热研 究》 给导９ ￣ ｉ Ｍ ｏ ｏ
５ ８岁转 行 ， 欧 阳平 凯任 重 道 远 。 他 先后 在 加 拿 大滑铁 卢 大 学和 美 国普 渡 大 学进修 生物 技 术 。 在国
挺 立 于风 雨 中， 尚在 读初 二 的他 和 大 弟 弟选 择 了 辍
学帮 助体 弱 的母 亲 维持 一 家的 生 计 。 苦 难往 往 是 对
为生化加 工过 程 的产业 化提 供 了一 个 全新 的思路 和 方法， 也 是 组合 合 成 思 想在 液相 反 应领 域 应 用成 功
的 范例 和 重 大 突破 ； 同时 ， 该 项 目首 次 实 现 了生 化
立 志 为 家为 国学 习知 识 的 高远 志 向 ； 从 不 向命 运低
头， 矢志 向前 的 无比 韧性 ； 勇担 重任 ， 报 效 国家 的赤
新一代生物催化和生物转化的科学基础
一、研究内容1．拟解决的关键科学问题新一代生物催化和生物转化的关键科学问题：（1）生化反应体系中生物质碳资源的高效利用机制；（2）生物催化剂功能实现的分子机理；（3）工业环境下高效生物催化剂的设计原理。
（1）生化反应体系中生物质碳资源的高效利用机制生物质是自然界最丰富的含碳有机物资源，而生物质碳资源的高效利用是新一代生物催化和生物转化的关键目标。
尽管目前生物催化和生物转化已应用于许多工业过程，但自然界野生生物体中存在的生化反应途径，因其自身的生理代谢活动所限，往往无法实现对生物质碳资源高效利用。
对于多种生物体协同作用的体系，由于对系统中各生物体之间的物质、能量和信息的传递及调控机制了解不够，故对一些复杂体系无法实现生化反应的高效性，如在低品位生物质资源利用方面。
因此，如何对生物催化剂进行合理修饰，提高生化反应体系中生物质碳资源的高效利用是新一代生物催化和生物转化亟需解决的关键科学问题之一。
以几种典型生化反应体系作为研究对象，通过对现有微生物和酶资源的挖掘，深入研究生化途径及反应过程规律，揭示其调控机制，以提高生物质碳资源利用的原子经济性。
在此基础上，通过比较基因组学分析、基因操作、分子模拟等手段，通过调控和优化生化反应体系，推动生物质碳资源高效利用的实现。
（2）生物催化剂功能实现的分子机理生物催化剂的分子机理的解析是进行理性分子修饰改造的科学基础。
基因突变或分子进化是微生物功能表型产生差异的分子基础，也是生物催化和生物转化定向性、高效性、高选择性得以实现的根本所在。
目前，尽管已积累了大量有关基因组序列、基因表达、蛋白质-蛋白质相互作用和转录因子与DNA结合等方面的信息，但是微生物基因型和功能表型之间关系研究才刚刚开始，人们对分子水平上生化反应途径关键酶调控机制的认识还不够深入。
同时，生物催化剂具有天然多样性，但迄今围绕生物催化剂开展的新生物催化剂来源及新反应等研究主要通过大量的实验获得，经验性较强而缺乏理论支撑。
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系统生物催化的原理及应用欧阳平凯南京工业大学2005.08.13现代化学工业面临重大的挑战n 以石油等化石资源为源头的化学工业所面临的挑战在于化石资源日益枯竭n化石资源的市场价格上涨迅速，现代化学工业的原料成本猛增生物秀-专心做生物w w w .b b i o o .c o m现代化学工业面临的机遇随着生物技术的发展，生物质资源的生产不断提高例如n 乙烯的生产石化路线：以1吨原油加工0.6吨乙烯计算6430元原料＝1吨乙烯＋副产品生物路线：以5吨玉米加工1吨乙烯计算6000元原料＝1吨乙烯＋副产品生物秀-专心做生物w ww .b b io o .c o m生物催化与转化已成为发达国家的重要科技与产业发展战略新的生物催化剂是21世纪可持续发展的化学加工业的必需工具。
2020年，通过生物催化技术，使化学加工业的原料、水资源、能量的消耗各降低30％，污染物的排放和扩散也减少30％。
20世纪80年代20世纪90年代21世纪生物医药转基因植物生物催化生物技术的三次浪潮生物秀-专心做生物w w w .b b i o o .c o m存在的问题自发、分散、Case-by-case 的研究模式（周期平均20年），效率低、周期长品种繁多的大量的酶，催化体系矛盾？传统模式工业化需要传统研究方式与工业化需要的矛盾生物秀-专心做生物w w w .b b i o o .c o m问题分析一些重要而急需的人工转化体系还没有合适的菌种和酶。
(酶活太低）？难点与周期太长生物催化剂改造的方法学基础理论问题提高酶活5～30％，十分困难生物秀-专心ww w .b问题分析建立高效率的高浓度生物催化反应体系!应用的成本问题生物催化剂适应性原理生物系统催化的理论和方法系统生物催化的基础理论问题必须从生物催化体系的全局进行研究应用系统生物学原理研究生物催化反应体系生物秀-专心做生物 系统生物学方法生物秀-专心做生物w ww.b bi o o.c om系统生物学——面向系统的生物学研究n 系统生物学从系统水平来理解生物学系统，利用一系列的原理与方法学来研究分子行为与系统特性与功能的关系，通过计算生物学来定量阐明和预测生物的功能、表型和行为。
生物秀-专心做生物w ww .b b i o o .c o m1948年，控制论之父Norbert Wiener提出生物系统和控制系统可以用同样的科学方法进行研究近几十年来发展最为迅速的生物科学21世纪的生物学系统生物学与分-专心o o分子生物学与系统生物学研究对象是生物系统的组成部分（个别基因、个别蛋白质）还原主义将生物学还原到分子水平研究对象是组成部分的相互作用或部分之间关系——本质上就是信息整体主义从系统层次上理解生物系统生物秀-专心做生物w w w .b b i o o .c o m获得深层次成果，理论创新实验的深层次成果往往被忽视实验数据的挖掘（data mining ）侧重从实验中获取数据分子生物学与系统生物学生物秀-专心做生物w w w .b b i o o .c o m系统生物学——大科学工程n 系统生物学，是把孤立的在基因水平、蛋白水平的各种相互作用、各种代谢途径、调控途径等融合起来，用以说明生物整体，高通量的组学实验平台构成了系统生物学的大科学工程。
生物秀-专心做生物w w w .b b i o o .c o m系统生物学的中心法则？基因组学转录组学蛋白质组学系统整合的法则分子生物学理论分析与实验筛选的综合法则环境调控代谢组学生物系统学行为或生物催化系统的功能从系统生物学的角度来看，信息流是以遗传网络为基础，通过调控网络影响代谢网络；外部信息通过调控网络影响遗传网络，调控在其中起着承上启下的作用。
生物秀-专心做生物w w w .b b i o o .c o m系统生物学将是21世纪医学和生物学的核心驱动力。
Leroy Hood ，人类基因组计划的发起人之一生物秀-专心做生物w w w .b b i o o .c o m世界上第一个系统生物学研究所Institute for Systems Biologyfounded by Leroy Hood in 1999生物秀-专心做生物w ww .b b i o o .c o m生物秀-专心做生物系统生物学——全球发展热点nnn成立了上海系统生物学研究所n物 生 做 om 心 .c 麻省理工学院和哈佛大学成立了系统生物学研究机构 专 ioo - b 秀 .b 物 w 生 ww 中国科学院生命科学研究所与上海交大于2003年联合美国能源部2002年启动了21世纪系统生物学技术平台德国、日本、韩国、新加坡、菲律宾等国成立了系统 生物学研究机构生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 生物秀-专心做生物系统生物学的技术平台物 生 组学（Omics），基因组学、转录组学、 做 om 心 .c 专 ioo 蛋白质组学、代谢组学、相互作用组学、 - b 秀 .b 表型组学和计算机生物学等 物 w 生 wwn生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区生物秀-专心做生物基因组学物 生 做 om 心 .c 专 ioo - b 秀 .b 物 w 生 ww转录组学蛋白质组学代谢组学生化反应Citrate Cycle生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区产品系统生物学——整合性的研究方法模型模拟预测数据实验建立/修改模型比较生物系统生物学知识系统生物催化的研究模式生物催化体系网络系统 实验数据群 • • 全局 量化 • • • 结构 功能 系统调控生物秀-专心做生物物 生 做 om 系统生物催化研究内容之一： 心 .c 专 ioo - b 一种新的生物催化剂的改造方法 秀 .b 物 w 生 ww生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区生物秀-专心做生物生 物 催 化 剂 理 性 分 子 设 计 示 意 图特定基因序列因特网生物信息数据库结构与催化功能信息生 做 om 定点突变 心 .c 专循ioo - 环 表达纯化 秀 .b b 物 w 生 ww 结构和活性表征稳定性、适应性信息 yes 所需要的生物催化剂分 子 设 计 物生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区生物秀-专心做生物生 物 催 化 剂 快 速 定 向 进 化 示 意 图特定基因物 生 做 om 丰富的变种DNA文库 循 心 .c 环 专 ioo - b 秀 （生物质谱）高通量筛选技术 .b 物 w 生 ww 正向突变基因高效生物催化剂反转录酶/易错PCR技术生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区生物秀-专心做生物理性分子设计和定向进化的结合 高效人工进化酶的构效关系定向进化与理性分子 设计的结合策略物 稳定性 生 做 om 活性 心 .c 专 ioo 有机溶液中的活性 - b 秀 .b 底 不同的底物的利用 物物 w 生 ww 酸碱度辅 酶蛋白质的表达 亲和性 专一性生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区生物秀-专心做生物实际应用举例物 生 做 om 天冬氨酸转氨酶热稳定性改造 心 .c 专 ioo - b 秀 .b 物 w 生 ww生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区生物秀-专心做生物物 生 做 om 心 .c 酶与热稳定性有关功能区的确定 专 ioo - b 秀 .b 物 w 生 ww生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区生物秀-专心做生物利用生物信息学平台进行蛋白质合理设计物 生 做 om 心 .c 专 ioo - b 秀 .b 物 w 生 ww序列分析软件Clustal W 分析酶的一维结构生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区结构分析软件Rasmol 分析酶的三维结构生物秀-专心做生物物 生 做 om 心 .c 专 ioo - b 秀 .b 物 w 生 ww应用DeepView（蛋白质结构预测软件） 确立天冬氨酸转氨酶的热稳定性有关的功能区域生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 生物秀-专心做生物物 生 做 om 心 .c 突变基因文库的建立 专 ioo - b 秀 .b 物 w 生 ww生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区生物秀-专心做生物引入随机引物，利用基因工程手段建立 突变基因文库物 生 做 om 心 .c 专 ioo - b 秀 .b 物 w 生 ww生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区生物秀-专心做生物物 生 做 om 心 .c 突变基因文库的筛选 专 ioo - b 秀 .b 物 w 生 ww生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区生物秀-专心做生物采用高通量筛选的技术平台 对构建的突变菌库进行筛选Compound LibraryMother Plate物 生 做 om 心 .c 专 ioo - b 秀 .b 物 w 生 wwAssay TargetAssay PlatePlate ReaderDaughter PlateUnique Compound in Each WellSame Assay and Target in Each Well生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区生物秀-专心做生物天冬氨酸转氨酶热稳定性的进化物 生 做 om 心 .c 五轮筛选 专 ioo - b 秀 .b 物 w 生 ww得到12株菌株 酶的热稳定性提高生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 生物秀-专心做生物天冬氨酸转氨酶热稳定性的进化1.4 1.2 1.0 0.8 R 0.6 0.4未突变前 酶的热稳定性物 生 做 om 心 .c 专 ioo - b 秀 .b 物 w 生 ww0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12R0.2 0.0* 热稳定性定义为55℃下放置10min后酶活性与放置前酶活性的比值生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区 生物秀-专心做生物物 生 做 om 心 .c 专 ioo - b 秀 .b 物 w 生 ww生物秀论坛-学术交流、资源共享与互助社区。