全细胞催化
华根霉全细胞脂肪酶催化合成生物柴油
研 究 论 文 ：４ ～４ １ ６
华 根 霉 全 细 胞 脂 肪 酶催 化 合 成 生 物 柴 油
贺 芹 ， 徐 岩 ， 滕 云 ， 王 栋
（ 南大 学 生物 Ｓ 程学 院教 育部 Ｓ 业 生 物技 术 重 点 实验 室 ，江 苏无 锡 ２ ４１ ２ 江 － － １ ２）
行 优 化 ， 察 了 甲醇 用量 、 系 含 水 量 、 的 添 加 量 和 反 应 温 度 对 生 物 柴 油 收 率 的 影 响 ， 生 物 柴 油最 终 收 率 大 于 ８ ． ％ ．在 考 体 酶 使 ６０ 有 机 溶 剂 体 系 中选 择 不 同有 机 溶 剂 作 为 助 溶 剂 进 行 转 酯 化 反 应 ， 现 ｌ 值 在 ４ ０ 发 ｏ Ｐ ｇ ． ～４ ５的 有 机 溶 剂 具 有 较 好 的转 化 效 果 ． ．
中 图分 类 号 ：０６ ３ ４ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｂｉ ｄ ｅ ｅ ｏ ｃ ｉ ｎ Ｃａ ａ ｙ ｅ ｙ Ｗ ｈ ｌ － ｌ Ｌｉ ｓ ｒ ｍ ｏ ｉ ｓ ｌＰｒ ｄｕ ｔｏ ｔ ｌ ｚ ｄ ｂ ｏ ｅ Ｃｅ ｌ ｐａ ｅ ｆ ｏ Ｒ ｉ ｏ ｓ ｃ ｉ ｅ ｓ ｓ ｈ ｚ ｐｕ ｈ ｎ ｎ ｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｃｏ ｐａ ｅ ｉｈ ｆｖ ｏ ｍ ｅ ｃａ ｉ ａ ｅ ，ｔ ｅ ｗｈｏｅ ｃ ｌ ｌｐ ｓ ｍ ｒ ｄ ｗ ｔ ｉｅ ｃ ｍ ｒ ｉ ｌｌ ｓ ｓ ｈ ｐ ｌ—ｅ ｌ ｉ ａ ｅｏｆＲｈｉ ｏ ｚ ｐｕｓｃ ７ ｎ ｉ ｈｉ ｅ ｓｓＣＣＴ ＣＣ ２ ０２１ Ｍ ０１
ｏ ｈ ｒ ｎ ｅ ｔ ｒｆ ａ ｉ ｎ ｉ ｄ ｃ ｔ ｄ ｔ ａ ｈ ｅ ｔｏ ｅ ｗａ 一 ｅ ｔ ｎ ｔ ｉ ｈ ｒｌ ｇ Ｐ ｖ ｌ ｅ ４ ０ ｎ ｔ ｅ ｔａ ｓ ｓ ｅ ｉ ｃ ｔ ｎ ｉａ ｅ ｈ ｔ ｔ ｅ ｂ ｓ ｎ ｓ ｈ ｐ ａ ｅ ｗｉ ｈ ｇ ｅ ｏ ａｕ ｓ（ ． ４． ） ．Ｔｈ ｉ ｏ ｈ ５ ｅ
全细胞催化
生命科学的飞速发展也大大增加了全细胞催化的可行性， 如利用DNA 重组技术，可使目标酶在不同宿主细胞中大 量表达。利用这种分子生物学技术甚至可以修饰宿主细胞 的代谢途径，合成复杂的代谢产物。
目前，部分已成功运用全细胞催化技术的实例见下表。
目前微生物全细胞催化在工业合成过程中的应用 产品
谷胱甘肽
底物
微生物全细胞催化技术在工业 生产中的应用
• 1.定义：全细胞催化是指利用完整的生物有机体(即全细胞、 组织甚至个体)作为催化剂进行化学转化，其本质是利用 细胞内的酶进行催化。 该法是于发酵法和提取酶催化法之间的一种生物催化技 术。 • 2.优点：细胞内完整的多酶体系可以实现酶的级联反应， 从而弥补酶法催化中级联催化过程不易实现的不足，提高 了催化效率，同时，又省去了繁琐的酶纯化过程，制备更 加简单，生产成本更低。
• 该酶库中一个成功的例子就是用能同时表达假丝酵母的4氯-3-羟基丁酸乙酯还原酶基因和巨大芽孢杆菌的葡萄糖脱 氢酶基因的重组大肠杆菌催化4-氯代乙酰乙酸乙酯生成S4-氯-3-羟基丁酸乙酯。 • 在适当的条件下300 g/L的4-氯代乙酰乙酸乙酯转化为S-4氯-3-羟基丁酸乙酯，其摩尔产率96%，而NADP+ 的酶变 -396% NADP 率为21600 mol/mol。 • S-4-氯-3-羟基丁酸乙酯是抑制羟甲基戊二酰辅酶A 还原酶 的重要起始原料，在Kaneka公司已经商业化生产。这种 共表达系统也适合于其他NAD(P)H依赖型反应。
日本的Yuji Shimada等利用Novozym 435(Candida antarctica)脂肪酶在分段反应器中通过流加甲醇生产生物 柴油，产品中脂肪酸甲酯的体积分数可以达到93%以上， 并且经过100天的反应，酶不会失活。
全细胞催化ppt课件
放，反应后产物易分离，而且具有环境友好性等特点。
日本的Yuji Shimada等利用Novozym 435(Candida antarctica)脂肪酶在分段反应器中通过流加甲醇生产生物 柴油，产品中脂肪酸甲酯的体积分数可以达到93%以上，
并且经过100天的反应，酶不会失活。
Hale Waihona Puke • 2008年Hama等首次采用重组真菌作全细胞催化剂生产生
全细胞催化
• 1.定义：全细胞催化是指利用完整的生物有机体(即全细胞、
组织甚至个体)作为催化剂进行化学转化，其本质是利用
细胞内的酶进行催化。 该法是介于发酵法和提取酶催化法之间的一种生物催化技
术。
• 2.优点：细胞内完整的多酶体系可以实现酶的级联反应， 从而弥补酶法催化中级联催化过程不易实现的不足，提高 了催化效率，同时，又省去了繁琐的酶纯化过程，制备更 加简单，生产成本更低。
用生物酶法制备生物柴油目前存在着一些问题：
反应物甲醇容易导致酶失活 副产物甘油影响酶反应活性及稳定性 酶的使用寿命过短等
2.手性醇的生产
• 手性醇在一些特殊化学和制药工业中是一个极为重要的原 料，尤其在制药工业。 • 手性醇作为合成手性药物的重要中间体，在当今制药领域
具有广泛的用途。
• 生产手性醇常用方法有贵金属催化合成法和生物对称催化 合成法。
3.生物转化法合成核苷酸
• 核苷酸是一类在代谢上极为重要的生化物质，除作为DNA、 RNA 的前体外，还参与细胞的生长代谢、能量的储存和 转化、免疫反应及信号传导。
• 近年来随着核酸工业的发展，嘧啶核苷酸作为药物中间体、 保健品和食品添加剂的重要性越来越突出。 • 全细胞生物催化法不但能缩短生产周期并简化后提取过程，
以菊粉为底物全细胞催化生产甘露醇
以菊粉为底物全细胞催化生产甘露醇罗希;曹海龙;张卉妍;李悝悝;张春枝【摘要】A whole-cell biotransformation system E.coliBL21(DE3)/pRSFDuet-mdh-fdh pZY507glf for mannitol production were established through the mannitol dehydrogenase (mdh) derived from Leuconostoc mesenteroides and the formate dehydrogenase gene (fdh) derived from Mycobacterium vaccae pRSFDuet-mdh-fdh with the glucose facilitator protein (glf) pZY507glf co-expressed in E.coli BL21(DE3).The yield of mannitol could reach to 0.91 g/g under the optimum conditions of pH 6.5 a t 30 ℃.The yield of mannitol could reach to 0.93 g/g by whole catalyst with high activity inulinase.%将Leuconostoc mesenteroides来源的甘露醇脱氢酶(mdh)及Mycobacterium vaccae来源的甲酸脱氢酶(fdh)的共表达载体pRSFDuet|mdh|fdh,与葡萄糖辅助蛋白(glf)的表达载体pZY507glf共转入大肠杆菌BL21(DE3)中,成功构建了一个可将果糖转化为甘露醇的全细胞催化剂E.coli BL21(DE3)/pRSFDuet|mdh|fdh pZY507glf.该全细胞催化剂在pH 6.5、温度30 ℃时,具有最高的转化效率,甘露醇的产率可达到0.91 g/g.通过与高活力的菊粉酶协同作用,甘露醇的产率可达到0.93 g/g.【期刊名称】《大连工业大学学报》【年(卷),期】2017(036)004【总页数】5页(P235-239)【关键词】甘露醇;生物转化法;菊粉;全细胞催化【作者】罗希;曹海龙;张卉妍;李悝悝;张春枝【作者单位】大连工业大学生物工程学院, 辽宁大连 116034;中国科学院大连化学物理研究所, 辽宁大连 116023;中国科学院大连化学物理研究所, 辽宁大连116023;中国科学院大连化学物理研究所, 辽宁大连 116023;大连工业大学生物工程学院, 辽宁大连 116034【正文语种】中文【中图分类】TS202.1;Q819甘露醇是一种六元糖醇，在医药、食品、化工和轻工等领域具有十分广泛的应用[1-3]。
利用大肠杆菌全细胞催化赖氨酸发酵液生产1,5-戊二胺
2017年第36卷第5期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·1843·化 工 进展利用大肠杆菌全细胞催化赖氨酸发酵液生产1,5-戊二胺齐雁斌，马伟超，陈可泉（南京工业大学生物与制药工程学院，江苏 南京 211816）摘要：1,5-戊二胺是一种具有生物活性的生物胺。
赖氨酸脱羧酶可以催化L-赖氨酸生产1,5-戊二胺。
为了减少生产成本，本文利用大肠杆菌AST1以赖氨酸发酵液作为底物进行全细胞催化生产1,5-戊二胺。
研究转化pH 、菌体浓度、转化温度、磷酸吡哆醛（PLP ）添加量以及不同酸种类对转化的影响，并对菌体的重复利用性进行了研究。
在最优条件下：pH6.8、转化温度37℃、PLP 添加量0.1mmol/L 、菌体浓度（DCW ）2.5g/L ，用乙酸来调节转化过程pH ，可以转化含有赖氨酸123.8g/L 的发酵液，得到含有86.18g/L 戊二胺的转化液，转化率可达到99.61%。
并且菌体在赖氨酸发酵液中重复利用5次的情况下转化率可以达到50%以上，重复利用性明显比在赖氨酸溶液中转化时强，这极大程度地节约了生产成本，为1,5-戊二胺连续工业化生产打下了基础。
关键词：1,5-戊二胺；赖氨酸发酵液；全细胞转化；工业化生产中图分类号：TQ033 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）05–1843–05 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017.05.0361,5-pentanediamine production by using Escherichia coli whole-cellbiocatalysis lysine fermentation liquidQI Yanbin ，MA Weicao ，CHEN Kequan（Biotechnology and Pharmaceutical Engineering ，Nanjing University of Technology ，Nanjing 211816，Jiangsu ，China ）Abstract:1,5-pentanediamine is a bioactive biogenic amine. L-lysine decarboxylase can catalyze with L-lysine to produce 1,5-pentanediamine. To reduce the production cost ，whole cell catalytic production of 1,5-pentanediamine was outperformed using Escherichia coli AST1 and with lysine fermentation broth as the substrate. The effects of transformation pH ，cell concentration ，transformation temperature ，PLP addition amount ，and different kinds of acid on the transformation and the reusability of the cells were investigated. At the optimal condition ，0.1mmol/L PLP ，2.5g/L DCW and pH as 6.8，37℃，86.18g/L of 1,5-pentanediamine was obtained by transforming the fermentation broth containing 123.8 g/L L-lysine ，and adjusting the pH using the acetic acid during conversion process. Furthermore ，the cells can be reused five times and the substrate conversion rate maintained above 50% in the lysine fermentation broth. The reusability was better than that in the lysine solution ，which greatly reduces the production cost and lays a foundation for 1,5-pentanediamine commercial production. Key words ：1,5-pentanediamine ；lysine fermentation liquid ；whole-cell biocatalysis ；commercial process1,5-戊二胺（1,5-pentanediamine ，简称戊二胺），即尸胺，是生物体内广泛存在的具有生物活性的含氮碱，为蛋白质腐败时赖氨酸在脱羧酶作用下发生脱羧反应时生成的产物。
全细胞催化实验报告
一、实验目的本研究旨在通过全细胞催化技术，在大肠杆菌中构建一条高效的尿苷到假尿苷的代谢途径，实现假尿苷的高效制备。
二、实验材料1. 大肠杆菌（E. coli）菌株：DH5α、BL21（DE3）、工程菌株-72. 酶级联反应相关酶：假尿苷-5-磷酸糖苷酶、核糖激酶、核糖核苷水解酶3. 限制性内切酶、DNA连接酶、质粒等分子克隆相关试剂4. 转化试剂、发酵培养基、抗生素等5. 分光光度计、离心机、PCR仪等实验设备三、实验方法1. 构建尿苷到假尿苷的代谢途径（1）质粒构建：通过PCR扩增、酶切、连接等步骤，构建含有假尿苷-5-磷酸糖苷酶、核糖激酶和核糖核苷水解酶基因的质粒，命名为pET-U。
（2）转化：将pET-U质粒转化至BL21（DE3）菌株，筛选阳性克隆。
2. 高活性核糖核苷水解酶的筛选（1）通过PCR扩增、酶切、连接等步骤，构建含有核糖核苷水解酶基因的质粒，命名为pET-R。
（2）将pET-R质粒转化至BL21（DE3）菌株，进行发酵培养，收集菌液。
（3）通过分光光度法测定发酵液中的核糖核苷水解酶活性，筛选高活性菌株。
3. 底物与产物转运途径的改造（1）通过PCR扩增、酶切、连接等步骤，构建含有转运蛋白基因的质粒，命名为pET-T。
（2）将pET-T质粒转化至BL21（DE3）菌株，筛选阳性克隆。
4. 发酵培养（1）将重组菌株-7接种于LB培养基中，37℃、200 rpm培养过夜。
（2）按1%接种量接种于发酵培养基中，37℃、200 rpm发酵培养24小时。
（3）发酵结束后，离心收集菌体，测定假尿苷产量。
四、实验结果1. 重组菌株-7在24小时内全细胞催化30g/L尿苷产生27.24g/L假尿苷，转化率为90.8%，生产效率为1.135g/(L·h)。
2. 通过分光光度法测定，重组菌株-7的假尿苷产量和生产效率为现有酶催化法报道的最高值。
五、实验讨论1. 本实验通过构建尿苷到假尿苷的代谢途径，实现了假尿苷的高效制备。
色氨酸拆分酶全细胞催化工艺
色氨酸拆分酶全细胞催化工艺嘿，朋友！今天咱们来聊聊色氨酸拆分酶全细胞催化工艺。
这可是个相当有趣又重要的话题呢！你知道吗，色氨酸拆分酶就像是一位神奇的魔法师，能在全细胞催化的舞台上大展身手。
全细胞催化就好比是一场精心编排的舞蹈，每个细胞都是一个灵动的舞者，而色氨酸拆分酶则是领舞的灵魂。
那这色氨酸拆分酶到底是怎么发挥作用的呢？它就像是一把精准的钥匙，能够打开特定化学反应的大门。
比如说，在复杂的化学环境中，它能够准确地识别目标分子，然后巧妙地对其进行拆分和转化。
这难道不神奇吗？再来说说这全细胞催化的过程，就好像是一个庞大的工厂在有条不紊地运作。
细胞们分工明确，有的负责提供能量，有的负责运输原料，而色氨酸拆分酶则专注于完成拆分的关键任务。
这就好比是一个足球队，每个队员都有自己的职责，相互配合才能赢得比赛。
在实际操作中，要想让这个工艺达到理想的效果，那可得下一番功夫。
比如说，得给细胞们提供一个舒适的“工作环境”，温度、酸碱度都得恰到好处，不然细胞们可就“闹脾气”，不好好干活啦！这就像咱们人一样，环境不舒服，哪还有心情工作呀？还有啊，选择合适的细胞种类也至关重要。
不同的细胞就像是不同性格的员工，有的干活儿利索，有的可能就稍微慢点。
所以得精挑细选，找到那些最适合的“员工”，才能让这个催化工艺高效运转。
而且，原料的质量和供应也不能马虎。
这就好比做饭，食材不好，再厉害的大厨也做不出美味佳肴。
所以要保证原料的纯净和充足，这样色氨酸拆分酶才能施展出它的全部本领。
总之，色氨酸拆分酶全细胞催化工艺是一门精妙的学问。
要想把它运用好，就得像照顾一个精密的仪器一样，每个环节都要精心呵护，每个细节都要考虑周全。
只有这样，才能让这个神奇的工艺发挥出最大的作用，为我们的科学研究和实际应用带来更多的惊喜和可能！。
全细胞催化剂 工艺
全细胞催化剂工艺英文回答：Whole-cell catalysis is a powerful technique thatutilizes living cells as catalysts in chemical reactions. This approach offers several advantages, including theability to perform complex reactions under mild conditions, the potential for enantioselective synthesis, and the useof renewable resources.The process of whole-cell catalysis typically involves the following steps:1. Cell selection: The first step is to select a cell that is capable of catalyzing the desired reaction. Thiscan be done by screening cells from different sources, such as bacteria, yeast, or fungi.2. Cell culture: Once a suitable cell has been selected, it is cultured in a bioreactor under controlled conditions.The growth medium is typically optimized to provide thecells with the nutrients and cofactors they need to produce the desired enzyme.3. Enzyme production: The next step is to induce the cells to produce the enzyme that will catalyze the reaction. This can be done by adding a chemical inducer to the growth medium or by genetically engineering the cells to express the enzyme constitutively.4. Reaction: Once the cells have produced the enzyme, the reaction can be carried out by adding the substrates to the bioreactor. The cells will then catalyze the reaction, producing the desired product.5. Product recovery: The final step is to recover the product from the bioreactor. This can be done by filtration, centrifugation, or other methods.Whole-cell catalysis has been used to synthesize a wide variety of chemicals, including pharmaceuticals, fine chemicals, and biofuels. This technology is still in itsearly stages of development, but it has the potential to revolutionize the chemical industry.中文回答：全细胞催化剂工艺。
全细胞生物催化剂用于生物柴油生产
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采用了不同的全细胞生物催化剂生产生物柴油
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三、真菌全细胞生物催化剂
• Ban等人将菌丝固定在用聚氨酯泡沫制成的生物质 支持颗粒里（BSPs），作为全细胞生物催化剂生 产生物柴油。他们研究了细胞内脂肪酶生产的最 佳培养条件，前处理方法的影响，和水含量对甲 醇分解作用的影响。 • 此外基质的组成对酶活性有很大的影响。通过应 用免疫荧光染色法对脂肪酶标记，可显示在不同 基质中酶活性的强弱，Teng 等人研究发现，橄榄 油是R. chinensis全细胞生物催化剂最好的脂肪酶 活性基质。 • 使用全细胞生物催化剂的优势在于在无水或非传 统介质中培养可增强全细胞生物催化剂在反复使 用中的稳定性。 才智在线才智在线淘宝名店 12
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• 其中固定化酶酯交换反应 既将脂肪酶固定在丙烯 酸树脂上，实验表明可以提供更好的转换率且易 于回收。但成本高，利用微生物如细菌，酵母菌 和真菌作为全细胞生物催化剂可适当降低成本 • 丝状真菌分批培养可自发的固定在BSPs（生物质 支持颗粒）上制成聚氨酯泡沫，这样可在转化过 程中能反复使用。 • 且重组丝状真菌作为高效全细胞生物催化剂把它 固定在BSPs上的潜能，可大大促进在水和非水介 质中催化。 • 本文主要讲述植物油的酶促酯交换同时阐述了全 细胞生物催化剂的机制最新进展。
微生物R.oryzae用免疫荧光染色法对脂肪酶标记。在每个小组图片左边显 示微分干涉差显微镜，荧光显微镜显示在右侧。细胞没有橄榄油的培养显 示为a。b为有橄榄油的细胞培养更多脂酶活性体现在更高的荧光信号。 13 才智在线才智在线淘宝名店
四、全细胞生物催化剂稳定性
• Oda等人报道说全细胞生物催化剂的耐用性取决 于培养方式。细胞培养的在(air-lift)气升式生物反 应器具有较高的ME产量比那些从摇瓶获得的，并 且他们的转换率可维持多次重复。 • 经戊二醛（gluteraldehyde）交联处理膜上结合酶， 酶活性可保持很多循环，而在细胞内因不能进行 戊二醛（gluteraldehyde）处理，脂肪酶活性经很 短的几个周期大大降低。 • 当菌丝体被用yatalase（一种酶）处理，它是一 种可部分降解真菌细胞壁的酶，暴露出来的膜结 合酶和底物结合从而提高其活动。
全细胞催化体系
全细胞催化体系
全细胞催化体系是指利用完整的生物有机体（即全细胞、组织甚至个体）作为催化剂进行化学转化的过程。
这种催化体系本质上是利用细胞内的酶进行催化，具有许多优势。
首先，全细胞催化能够实现酶的级联反应，弥补酶法催化中级联催化过程不易实现的不足，提高催化效率。
其次，全细胞催化可以利用细胞体内的辅酶循环系统，只需少量添加或无需额外添加价格昂贵的辅酶。
此外，细胞内的酶在相对比较稳定的条件下进行催化，可以缓解高浓度底物和产物对酶的抑制作用。
全细胞催化体系中，细胞可以多次回收利用，降低生产成本。
同时，细胞作为催化剂与目的产物容易分离，进一步简化了生产过程。
全细胞催化是生物学和化学的交叉学科，具有很大的发展潜力。
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生物催化法一般通过2 种方式: 一是由拆分外消旋底物生 成，二是由手性前体化合物直接合成。 后者的优点是可预期催化转化率。 Kataoka等构建了一个新的生物还原系统：通过一对组合 酶羰基还原酶和葡萄糖脱氢酶，能把前手性羰基底物转化 为手性醇。迄今已从微生物中获得十几个具有底物特异性 和立体专一性特征的酶，并建立了一个很大的羰基还原酶 库。
日本的Yuji Shimada等利用Novozym 435(Candida antarctica)脂肪酶在分段反应器中通过流加甲醇生产生物 柴油，产品中脂肪酸甲酯的体积分数可以达到93%以上， 并且经过100天的反应，酶不会失活。
• 2008年Hama等首次采用重组真菌作全细胞催化剂生产生 物柴油。将异孢镰刀菌的脂肪酶基因转化到米根霉进行异 源表达，用多孔生物量支架颗粒固定重组米根霉细胞，用 于催化甲醇解反应。 • 结果表明，当向反应体系中添加5%水时，不但可以有效 阻止甲醇对脂肪酶的失活效应，而且还使部分甘油酯的酰 基转移更容易，使用10次后甲酯的产率仍可达94% 。表 明重组米根霉全细胞催化剂与野生米根霉全细胞催化剂相 比，具有更高的甲酯得率且脂肪酶更加稳定。
生命科学的飞速发展也大大增加了全细胞催化的可行性， 如利用DNA 重组技术，可使目标酶在不同宿主细胞中大 量表达。利用这种分子生物学技术甚至可以修饰宿主细胞 的代谢途径，合成复杂的代谢产物。
目前，部分已成功运用全细胞催化技术的实例见下表。
目前微生物全细胞催化在工业合成过程中的应用 产品
谷胱甘肽
底物Байду номын сангаас
• Gao等从土壤中分离出一种产脂肪酶的细菌Proteu ssp.K107克隆其脂肪酶基因在大肠杆菌BL21中进行表达， 将重组大肠杆菌以全细胞催化剂的形式来催化生产生物柴 油。 • 结果表明，15℃时，当用0.3% (质量分数)十六烷基三甲基 溴化铵(CTAB)处理细胞后，其催化活力显著提高，反应12 h 后生物柴油的产率接近100%。 • 与其他全细胞催化剂相比，大肠杆菌全细胞催化剂对甲醇 有较高的耐受性，这为解决生物柴油生产过程中甲醇致使 脂肪酶失活提供了新的思路。
重组大肠杆菌 鞘氨醇单胞菌 尖孢镰刀菌 重组大肠杆菌
1.生物柴油的开发 2.手性醇的生产 3.生物转化法合成核苷酸
1.生物柴油的开发 生物柴油的开发
定义：生物柴油是由动物、植物、或微生物油脂与小分子 醇类经过酯交换反应而得到的脂肪酸脂类物质，可以替代 柴油作为柴油发动机的燃料。
全细胞酶催化合成生物柴油具有效率高，生产成本低，酶 对有机溶剂的耐受性强，条件温和、酶用量少、无污染排 放，反应后产物易分离，而且具有环境友好性等特点。
目前我国酶法生产生物柴油的工作也有重要进展，其中北 京化工大学采用自己开发的酵母脂肪酶进行酶法合成生物 柴油研究，其生物柴油转化率已达到96%，固定化半衰期 达200h以上。
用生物酶法制备生物柴油目前存在着一些问题：
反应物甲醇容易导致酶失活 副产物甘油影响酶反应活性及稳定性 酶的使用寿命过短等
2.手性醇的生产 手性醇的生产
• 近几年，国内也开展了全细胞生物催化合成UMP的研究。 李慧采用链霉素抗性、卡那霉素抗性和产物结构类似物抗 性作为筛选手段，对产氨棒杆菌进行离子束和紫外诱变， 选育出一株UMP生成能力比出发菌株R248提高7倍的突变 株M14，其UMP的转化能力达21g /L。 • 研究表明，采用产氨棒杆菌模式菌株ATCC6872，确立催 化反应液的最佳组成为乳清酸、葡萄糖、磷酸根离子、 MgCl2和Triton X-100。其UMP的产量达104g/L，是优化 前的3倍。
微生物全细胞催化技术在工业 生产中的应用
• 1.定义：全细胞催化是指利用完整的生物有机体(即全细胞、 组织甚至个体)作为催化剂进行化学转化，其本质是利用 细胞内的酶进行催化。 该法是介于发酵法和提取酶催化法之间的一种生物催化技 术。 • 2.优点：细胞内完整的多酶体系可以实现酶的级联反应， 从而弥补酶法催化中级联催化过程不易实现的不足，提高 了催化效率，同时，又省去了繁琐的酶纯化过程，制备更 加简单，生产成本更低。
谷氨酸、半胱氨酸、 谷氨酸、半胱氨酸、 甘氨酸 甘油
微生物
重组大肠杆菌
酶
Γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶
谷胱甘肽合成酶 重组大肠杆菌 甘油脱氢酶 葡萄糖脱氢酶 氧化还原酶 磷酸激酶 内酯酶 脯氨酸羟化酶
L-甘油醛 甘油醛
手性醇 抗坏血酸-2-磷酸 抗坏血酸 磷酸 泛酸盐 羟脯氨酸
相应的酮类 抗坏血酸 泛酰内酯 脯氨酸
3.生物转化法合成核苷酸 生物转化法合成核苷酸
• 核苷酸是一类在代谢上极为重要的生化物质，除作为DNA、 RNA 的前体外，还参与细胞的生长代谢、能量的储存和 转化、免疫反应及信号传导。 • 近年来随着核酸工业的发展，嘧啶核苷酸作为药物中间体、 保健品和食品添加剂的重要性越来越突出。 • 全细胞生物催化法不但能缩短生产周期并简化后提取过程， 而且可以通过偶联不同的基因工程菌株，生产多种复杂的 核苷酸、核苷糖和寡聚糖。
• 手性醇在一些特殊化学和制药工业中是一个极为重要的原 料，尤其在制药工业。 • 手性醇作为合成手性药物的重要中间体，在当今制药领域 具有广泛的用途。 • 生产手性醇常用方法有贵金属催化合成法和生物对称催化 合成法。
生物催化合成法是利用生物代谢过程中产生的酶，选择性 的催化底物反应，从而获得高纯度的手性单体。 该反应具有反应条件温和、催化效率高、立体区域选择性 好，而且可以完成一些普通化学无法进行的反应等特点， 受到有机化学家、生物学家及药物学家的极大重视。
• 尿嘧啶核苷酸(UMP)是嘧啶核苷酸生物合成中处于结点位 置的重要核苷酸，在寡聚糖合成和抗癌药物生产中都是重 要的前体物质 。
• 在工业上，生物催化法合成UMP 通常以乳清酸为底物， 利用菌体自身产生的5-磷酸核糖焦磷酸( PRPP)经过乳清 酸磷酸核糖转移酶和乳清苷酸脱羧酶的催化作用合成。
• 日本协和发酵公司的研究者把具有德夸菌素抗性、核苷酸 酶弱化和温度敏感性的产氨短杆菌KY13505 突变菌株用 表面活性剂Nymeen S-215和甲苯处理使之获得高通透性， 在乳清酸用量为20g /L的体系中反应26 h，产物UMP达 286g /L，这是到目前为止报道的UMP的最高产量。
• 该酶库中一个成功的例子就是用能同时表达假丝酵母的4氯-3-羟基丁酸乙酯还原酶基因和巨大芽孢杆菌的葡萄糖脱 氢酶基因的重组大肠杆菌催化4-氯代乙酰乙酸乙酯生成S4-氯-3-羟基丁酸乙酯。 • 在适当的条件下300 g/L的4-氯代乙酰乙酸乙酯转化为S-4氯-3-羟基丁酸乙酯，其摩尔产率96%，而NADP+ 的酶变 -396% NADP 率为21600 mol/mol。 • S-4-氯-3-羟基丁酸乙酯是抑制羟甲基戊二酰辅酶A 还原酶 的重要起始原料，在Kaneka公司已经商业化生产。这种 共表达系统也适合于其他NAD(P)H依赖型反应。
全细胞催化技术因其自身的优点，必将成为整个生物催化 技术的核心。 但就目前情况来看，全细胞催化虽然比自由酶以及化学催 化具有更经济更环保的优势，但其催化反应过程的不确定 性、细胞膜对底物或酶的通透性、副反应导致的产物降解 以及副产物的累积等，却阻碍了其在工业上的推广。
• 因此，运用基因工程技术筛选和改造各种微生物催化剂将 是解决全细胞催化技术自身缺点的有效方法，这些研究也 将成为今后发展生物催化技术方面的重要研究课题。