生物催化和转化(复习)
生物催化和生物转化
生物催化和生物转化是在生物体内发生的重要过程。
生物催化指的是利用生物催化剂（如酶）来促进某些生物化学反应的反应速率，从而实现某种生物过程的过程。
而生物转化则是指生物体内发生的化学物质的转化过程。
这里就分别对进行探讨和探究。
一、生物催化酶是一种生物催化剂，它能够促进反应的进行从而加快反应速率。
酶具有高度的特异性和高效的催化作用，因此在工业生产和医学方面得到了广泛的应用。
具体来说，酶在工业生产中主要应用于催化生物质的降解、物质合成和分离纯化等过程。
在降解方面，比如利用酶将高聚糖分解为低聚糖；在物质合成方面，比如合成植物激素和抗生素等；在分离纯化方面，比如利用酶将分子量较小的产物从复杂的混合物中分离出来。
酶也被广泛用于口服酶替代治疗、生物传感器、药物制剂等医疗领域。
生物催化在不同生物体内扮演着重要的角色。
生物催化在细胞内是发挥生化反应的本质过程，从而维持细胞的基本生物学特性。
而在全身范围内，如人体、环境等方面，生物催化还可以作为一个重要治疗来源。
比如，在人体中，酶参与着消化、吸收和代谢等生理过程。
而在环境保护方面，酶又可以作为一种生物防治的工具，通过利用各种细菌、真菌、酵母菌等生物来降解或清除环境中的有害化学物质。
二、生物转化生物转化是指生物体内不同的化学物质互相转化的过程。
这个过程不仅包括生化反应的过程，还包括可以通过微生物和其他生物触角实现生物生长、修复、再生等生命活动的过程。
生物体内的生物转化包括不同类型的代谢。
其中最重要的两个代谢类型是能量代谢和生物大分子的代谢。
能量代谢是指生物体内通过氧化还原反应，将生物高能分子（例如ATP）。
产生能量来满足生命活动的能量需求。
生物高能分子在生物转化过程中，会转换成形成ATP的大量中间代谢产物。
这些代谢产物通过生物体内的氧化过程，释放电子，进而产生能量，供给生命活动所需。
ATP通常是细胞生物活动的重要物质来源，而这种生物转化代谢通过线粒体的呼吸链而发生。
生物大分子的代谢是指生物体内分解和重组生物大分子，从而满足生命活动的需要。
生物催化
编号的第二个数字
表示在类以下的大组.
• 氧化还原酶：表示氧化反应供体基团 的类型； • 转移酶：表示被转移基团的性质； • 水解酶：表示被水解键的类型； • 裂解酶：表示被裂解键的类型； • 异构酶：表示异构作用的类型； • 连接酶：表示生成键的类型.
编号的第三和第四个数字
• 编号的第三个数字：表示大组下面的 小组，各个数字在不同类别，不同大 组中都有不同的含义； • 编号的第四个数字：是小组中各种酶 的流水编号.
1.2 生物催化的产生与发展
远古时代：酒的酿造,饴糖的制作,豆类做酱
酵母发酵的产物, 是细胞内酶作用的结果
用麦曲含有的淀粉酶 将淀粉降解为麦芽糖
在霉菌蛋白酶作用下,豆类蛋白质水解 得豆酱和豆鼓,压榨后制得酱油
• 1878年,Kuhne第一次提出 “酶”(Enzyme)的概念,意为“在酵母 中”(in yeast); • 1894年,Emil Fischer发现了酶对底物 (酶作用的物质)的专一性现象,提出了 “锁和钥匙”模型; • 酶晶体的获得,才认识到酶是蛋白质,是 由酰胺键连接的氨基酸组成; • 1926年,Sumner从刀豆中得到脲酶结晶, 催化尿素水解,产生CO2和NH3.
现 状
• 1996年生物催化剂已占世界催化剂90 亿美元市场的11%; • 美国EBC成功开发了一种生物脱硫的新 工艺; • 我国:生物催化丙烯腈制丙烯酰胺、有 机废水发酵法制氢技术、生物发酵法 制造甘油已建成投产或通过中试验证.
内 容
• • • • • • • • • • • 酶的结构和分类 酶的分离与纯化 酶活力测定 酶作用动力学 酶的抑制作用 pH值和温度对酶作用的影响 酶的作用机制 应用酶学 酶法制备L-氨基酸 生物催化反应器 生物有机化学与生物催化
第四讲 酶催化、生物催化与微生物
levotartaricus) 微 生 物 催 化 环 氧 马 来 酸
(10.8)的水解反应，其产物为 (S,S)-酒石酸 (10.9)；而以枯草杆菌微生物催化（10.8） 的水解产物则为(R,R)-酒石酸（10.10）。
21
• 这种严格的立体结构选择性，对有机合成 特别是药物合成来说是非常重要的。因为 药物的异构体不仅无效或低效，并且往往 还有副作用，甚至有相反的药效和强力的 毒性。
24
• 微生物转化反应是酶催化反应，在最适条
件下，酶能在一秒钟内使 102 ～ 106 个底物
分子转变成产物。
25
3 微生物转化收率高、成本低
• 微生物转化反应是在全细胞内进行，保持
原有整体酶系统比较符合生物催化所需环
境与条件，在氧化 -还原等催化反应时不需
添加辅酶（辅酶非常不稳定，难以分离制
取，这是酶法合成中很难补救的）。
O (10.6)
O
(10.7)
13
• 例如来自黑根霉生物体的酶选择性氧化羟 基黄体酮（10.4）的11-位氢，生成11α-羟 基黄体酮（ 10.5 ）；而来自新月弯孢霉生 物体的酶则选择性地氧化甾体化合物的 （ 10.6 ）的 11- 位非对映异构体氢，形成 11β-羟基化合物（10.7）。
14
（3）区域选择性
42
微生物转化实验过程
• • • • 选择菌种 成熟菌丝或孢子的培养 选择适当的转化方式？ 转化培养(即生物转化)或转化菌丝及孢子悬 浮液转化 • 转化液的分离提取 • 产品精制
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3 微生物转化方法
• 生长细胞培养转化法 • 静止细胞培养转化法
• 固定化细胞转化法
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生长细胞培养转化法
生物催化工程复习
什么是生物催化？生物催化是指利用酶或有机体（细胞、细胞器等）作为催化剂实现化学转化的过程，又称生物转化。
生物催化系统主要由底物/产物、反应介质、生物催化剂三个基本的要素构成。
生物催化的优点：催化效率高、专一性强、反应条件温和、对环境友好。
缺点：生物催化剂在反应介质中往往不稳定、可用于工业化应用的生物催化剂太少、开发周期长什么是生物催化剂？生物催化剂是生物反应过程中起催化作用的游离细胞、游离酶、固定化细胞或固定化酶的总称。
产酶微生物的基本要求常规生物催化剂发现发现的一般过程包括以下几个步骤：设计反应的过程，选择合适的酶或产酶微生物，建立方便、有效的分析方法。
一般产酶微生物的筛选原则包括：①能够通过发酵在相对较短的时间内高产目标酶；②微生物应该尽可能地利用便宜和方便的原料生产酶；③微生物所产生的酶最好有比较高的专一性，没有或很少有产生副产物的杂酶；④所用微生物应该是不产生有害物质的非致病性的安全微生物；⑤微生物的遗传稳定性应该较高，这样才能重复稳定地获取微生物酶。
从自然界分离与筛选产酶微生物菌种一般按采样、富集、分离和初复筛等几个步骤进行。
什么是酶分子修饰通过各种方法使酶分子的结构发生某些改变，从而改变酶的某些特性和功能的技术过程称为酶分子修饰。
酶分子修饰的方法大分子物质结合修饰（共价和非共价）；主链修饰（肽链有限水解修饰）；侧链基团化学修饰；金属离子置换修饰；氨基酸替换修饰；定点突变酶分子修饰的原理•1、（如何提高酶的稳定性）修饰剂分子存在多个反应基团，可与酶形成多点交联。
使酶的天然构象产生“刚性”结构。
从而增强酶天然构象的稳定性与耐热性。
大分子修饰剂本身是多聚电荷体，能在酶分子表面形成“缓冲外壳”，抵御外界环境的极性变化，维持酶活性部位微环境相对稳定。
•2、（如何保护酶的活性部位）大分子修饰剂与酶结合后，产生的空间障碍或静电斥力阻挡抑制剂，“遮盖”了酶的活性部位。
从而保护酶活性部位并起到低抗抑制剂和抗蛋白水解酶的作用。
食品毒理学-第三章2 生物转化 (1)
（2）醛脱氢酶（Aldehyde dehydrogenase ALDH）
能将醛类代谢成酸类 具有基因多态性 二硫化四乙基秋兰姆（戒酒硫）是抑
制剂
1
单胺氧化
(3) 单胺氧化酶（ Monoamine oxidase ）
存在于肝、肾、肠、神经组织的线粒体 中；
制作用大于诱导作用。
1
黄素单加氧酶
吡咯烷生物碱类物质、单响尾蛇毒蛋白等 物质经FMO代谢形成叔胺氮氧化物，属于解毒 过程；但经P450形成亲电化合物，属于增毒反 应。 —大鼠具有高活性的P450； —豚鼠则有高活性的FMO；
1
3、醇、醛、酮氧化-还原系统和胺氧化
（1）醇脱氢酶（Alcohol dehydrogenase ADH）： 位于胞浆、分布于肝、肾、肺、胃粘膜 – 能催化醇类转变为醛类，
CH3
H
R-N →R-N +HCHO
CH3 CH3
(5) 氧化基团转移：氧化脱氨、脱硫、脱卤素。
R—CH—NH2→R—C=O+NH3
│
│
CH3
CH3
1
细胞色素P450催化的反应
(6) 酯裂解（cleavage of esters）：羧酸酯、磷酸酯。
R1COOCH2R2→R1COOH+R2CHO
(7) 脱氢（dehydrogenation） O ║
1
还原反应
3 羰基还原 经羰基还原酶和醇脱氢酶作用。 外源性底物：氟哌啶醇、柔红霉素、华 法林、4-硝基苯乙酮等。 内源性底物：前列腺素。
1
还原反应
4 醌还原 NAD(P)H氧化还原酶 双电子还原,形成无毒性的产物。 NADPH-P450还原酶 单电子还原, 形成超氧阴离子等自由基； 百草枯、阿霉素的代谢活化。
生物催化复习笔记(最终版)
生物催化与转化第四章代谢调控1.分解代谢：指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形式的能量和还原力（或称还原当量，一般用[H]来表示）的作用2.合成代谢：指在合成代谢酶系的催化下，由简单小分子、ATP形式的能量和[H]形式的还原力一起合成复杂的大分子的过程。
或利用分解代谢的能量和中间体合成氨基酸、核酸等单体物质及蛋白质、多糖等多聚物3.次级代谢产物定义：微生物生长到一定阶段才产生的，化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质。
特征：不同的微生物次级代谢产物不同；次级代谢产物的通常在菌体的生长后期合成，发酵分两个阶段进行，即营养增殖期和生产期。
在多数情况下，增加前体是有效的4.初级代谢产物定义：微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质。
特征：不同的微生物初级代谢产物基本相同；初级代谢产物合成过程是连续不断的，与菌体的生长呈平行关系。
5.两种代谢产物的不同：●次级代谢通常在生长后期合成。
不是微生物生长所必需的，不参与微生物的生长和繁殖。
●次级代谢对环境条件的变化很敏感，其产物的合成往往会因环境条件的变化而停止。
●不同微生物的次级代谢产物有很大区别。
基于菌种的特异性●催化次级代谢产物合成的某些酶专一性不强。
6.酶活性的调节：指在酶分子水平上的一种代谢调节，它是通过改变现成的酶分子活性来调节新陈代谢的速率。
酶活性的抑制和激活是微生物代谢中存在的两种矛盾的过程。
7.酶活性的激活：常见的酶活性的激活是前体激活，多发生在分支代谢途径，即代谢途径中的后面的反应可被较前面的一种代谢中间产物所促进。
8.酶活性的抑制：酶活性的抑制包括：竞争性抑制反馈抑制反馈抑制：指反应途径中某些中间产物或末端产物对该途径中前面反应的影响。
凡是反映加速的称为正反馈；凡是反应减速的称为负反馈。
末端产物的反馈抑制普遍存在于合成途径中。
9.反馈抑制的类型●直线式代谢途径中的反馈抑制●分支代谢途径中的反馈抑制：同功酶调节：在一个分支代谢途径中，如果在分支点以前的一个较早的反应是由几个同功酶所催化时，则分支代谢的几个最终产物往往分别对这几个同功酶发生抑制作用协同反馈抑制：指分支代谢途径中的几个末端产物同时过量时才能抑制共同途径中的第一个酶的一种反馈调节方式累积反馈抑制：催化分支合成途径第一步反应的酶有几种末端产物抑制物，但每一种如过量，按一定百分率单独抑制共同途径中的第一个酶活性，总的抑制效果是累加的，各末端产物所起的抑制作用互不影响，只影响这个酶促反应的速率。
生化复习重点
一、名词解释生物化学复习材料1. 血糖：通过各种途径进入血液的葡萄糖称为血糖。
2. 糖原合成与分解：由单糖合成糖原的过程称为糖原合成，糖原分解是指糖原分解成葡萄糖的过程。
3. 糖异生：由非糖物质合成葡萄糖的过程。
4. 糖酵解：在供氧不足时，葡萄糖在细胞液中分解成丙酮酸，丙酮酸进一步还原成乳酸（同时释放少量能量合成ATP）的过程。
5. 三羧酸循环：在线粒体内，乙酰CoA与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，柠檬酸在经过一系列酶促反应之后又生成草酰乙酸，形成一个反应循环，该循环生成的第一个化合物是柠檬酸，它含有三个羧基，所以称为三羧酸循环。
6. 有氧氧化：在供养充足时，葡萄糖在细胞液中分解生成的丙酮酸进入线粒体，彻底氧化成CO2和H2O，并释放大量能量，称为有氧氧化途径。
7. 血脂：血浆中脂类的总称。
主要包括甘油三酯、磷脂、胆固醇和游离脂肪酸。
8. 血浆脂蛋白：是脂类在血浆中的存在形式和转运形式。
（一类由脂肪、磷脂、胆固醇及其酯与不同载脂蛋白按不同比例组成的，便于通过血液运输的复合体，包括CM、VLDL、LDL 和HDL。
）9. 脂肪动员：脂肪细胞内的甘油三酯被脂肪酶水解生成甘油和脂肪酸，释放入血，供给全身各组织氧化利用的过程。
10. 酮体：包括乙酰乙酸、β-羟丁酸和丙酮，是脂肪酸分解代谢的正常产物。
11. 必需脂肪酸：亚油酸、α亚麻酸和花生四烯酸是多不饱和脂肪酸，是维持人和动物正常生命活动所必需的脂肪酸，但哺乳动物体内不能合成或合成量不足，必须从食物中摄取，所以称为必需脂肪酸。
12. 必需氨基酸：8种体内需要而自身又不能合成、必须由食物供给的氨基酸称为必需氨基酸。
13. 食物蛋白质的互补作用：将不同种类营养价值较低的蛋白质混合食用，可以相互补充所缺少的必需氨基酸，从而提高其营养价值，称为蛋白质的互补作用。
14. 转氨基作用：是指由氨基转移酶催化，将氨基酸的α-氨基转移到一个α-酮酸的羧基位置上，生成相应的α-酮酸和一个新的α-氨基酸。
环境毒理学第二讲生物转运和转化
肝细胞胞液中含有单胺氧化酶和双胺氧化 酶，可催化胺类氧化，形成醛类和氨。
污染物在体内的吸收、分布与排泄
第一部分：生物转运
生物机体对环境化学污染物的生物转运过程，均需要通过各种生物膜屏障才 能进出细胞、组织和机体。
生物膜 细胞、细胞器和其环境接界的所有膜结构的总称。
真 核 细 胞
生 物 膜
质膜(细胞膜)：包围在细胞外的膜 内膜：各种细胞器的膜 核膜、线粒体膜、内质网膜等
主要内容
第一部分：生物转运 外源化学物在体内的吸收、分布和排泄过程
第二部分： 生物转化 外源化学物在机体内经多种酶催化的代谢转化 可使污染物发生化学结构和性质的改变，转变为新的代谢产物
第三部分：代谢动力学 用数学方法研究毒物的吸收、分布、生物转化和排泄等代谢过程随 时间变化的规律； 研究毒物代谢的量变的经时过程
3、脂肪 脂溶性外来化合物如有机氯农药、有机汞农药、
PCB等易于贮存于脂肪组织中，并不呈现生物学活性。 只有在脂肪被动用、外来化合物重新成为游离状态时， 才出现生物学作用。
4、骨骼 Pb、Si、Ba可取代骨质中的Ca而蓄积在骨质
中。
有毒物质在体内贮存的生理意义： 1、保护作用；2、可能成为慢性中毒的来源。
RH＋NADPH＋H+＋O2→ROH＋H2O＋NADP+
生物转化1
33
三、水解作用
水解是指化学物的1个分子加上1个水分子使之裂 解成2个分子。
许多外源化学物，例如环氧化物、酯类、酰胺类 和含有酯式键的磷酸盐取代物等在体内易被水解。
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（5）杂原子氧化和N-羟化
S-氧化：含有硫醚键(-C-S-C-)的有机磷毒物 （如内吸磷），可在酶的催化下进行S-氧化反 应，转化成亚矾或矾，这些氧化产物毒性可增 高5-10倍。
N-羟化：芳香胺类化合物可在其NH3基上进行 N-羟化，形成羟氨基毒物，其毒性一般增强。 如苯胺进行N-羟化生成N-羟基苯胺，后者可 导致血红蛋白氧化成高铁血红蛋白，引起组织 缺氧。
苯环上有卤族元素取代，或是多环芳烃氧化时， 则能形成较为稳定的环氧化物。
环氧化物毒性大多高于母体化学物，可与生物大 分子共价结合，是一种遗传毒物，可导致恶性肿 瘤。例如，苯、溴苯、氯乙烯、3,4-苯并芘等均 可代谢转化产生环氧化物。
22
环氧化的解毒过程包括
①非酶催化的水化； ②非酶催化的与GSH反应； ③环氧化物水化酶催化的水化反应； ④谷胱甘肽S-转移酶催化的结合反应。
40
2、硫酸结合
结合底物与葡萄糖醛酸结合的底由于体内硫酸来源有限，易于消耗，结合量要少 得多。特别是当化学物大量进人体内，硫酸结合 比率更低。 外源性物质的硫酸结合物主要通过尿液排泄。毒 物与硫酸结合后尿中有机硫酸酯与无机硫酸盐比 值明显增加，可以用作一些毒物的接触指标。
35
肽酶：水解肽类。 环氧水化酶：催化环氧化物的水解反应。
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第三节 II相反应
1 生物催化与生物转化
生物催化与生物转化
lining@ 李宁
几个概念
1
生物催化（ 生物催化（Biocatalysis） ） 生物转化（Biotransformation)，利用酶或有机体（细胞或细 胞器）作为催化剂实现化学转化的过程。 狭义上，酶或有机体作为催化剂，前体物经一到两步反应转 化为目标产物。 广义上，包括发酵、酶或休止细胞催化等。
活性：比活与体积比活 指定测定条件 转换频率：催化事件的数目/（时间*活性位点的数目） 选择性 底物专一性、化学选择性、区域选择性、对映体选择性 稳定性 热稳定性：变性温度Tm表征
脂肪酶 RCOOH+R’OH RCOOH+NH2R RCOOR’+H2O RCONHR+H2O
*********
LN
生物催化的优缺点
生物催化剂的优点
高选择性
底物专一性 化学、区域、 化学、区域、对映体选择性 酶催化杂合性
高催化活性
2 H2O2
1
2
FeCl3
血红素
2 H2O + O2 反应速率 反应速率 1,000 1,000,000
优点
反应条件温和
常温、常压、中性 及 常温、常压、中性pH及 水相中 高温淀粉酶（啤酒发酵） 高温淀粉酶（啤酒发酵）
*********
LN
生物催化剂及工艺的性能指标 工艺性能指标
生物催化剂生产率 转换数（turnover number,TON)，无因次量 TON=产物数量/催化剂数量 但生物催化中，不经常使用转换数 –生物催化剂的摩尔质量未知 –生物催化剂具有可重复利用性，注重催化剂在整个催化寿 命中的性能表现 –如果考虑时间因素，必须使用催化剂的生产能力，以生产 率数（productivity number,PN)表征 –PN=产物质量/(催化剂数量*时间）
生物催化与生物转化
《生物催化与生物转化》教学大纲（Biocatalysts and Biotransformation）一、基本信息课程代码：1011322学 分：2总 课 时: 32课程性质: 专业选修课适用专业：生物工程先修课程：物理化学、分析化学、生物化学、微生物学二、本课程教学目的和任务生物催化与生物转化是指利用酶或有机体作为催化剂实现化学转化的过程，它为工业、农业、环境保护、食品工业以及精细化工等产业的发展提供了前所未有的动力。
通过本课程的学习，使学生掌握生物催化与生物转化的基本理论和基本方法并且熟悉其在各个领域的重要应用。
三、教学方法与手段课堂教学及多媒体教学相结合，要求学生能够根据本课程的知识进行“读、写、议”，学生自行选择题目，写一篇4000左右的论文，并进行讨论。
四、教学内容及要求第一章 概论要求掌握微生物的多样性和微生物资源的开拓，改进培养方法和寻找新类型微生物及其产物，生境中微生物基因组DNA的开拓，熟悉生物催化与生物转化的发展与趋向重点内容：改进培养方法和寻找新类型微生物。
难点内容：生境中微生物基因组DNA的开拓。
第二章 生物转化操作与转化反应类型要求掌握生物转化的一般操作，生物催化剂的种类及其特点，生物转化的类型，生物转化的应用。
重点内容：生物转化的类型。
难点内容：生物转化的应用。
第三章 胆固醇合成抑制药物的生物转化要求掌握胆固醇合成抑制剂的作用机制，常见的胆固醇合成抑制剂，4种胆固醇合成抑制剂的合成途径。
重点内容：胆固醇合成抑制剂的作用机制。
难点内容：4种胆固醇合成抑制剂的合成途径。
第四章 内酰胺抗生素母核的生物转化要求掌握6-APA的生成，青霉素酰化酶的纯化及热稳定性，青霉素酰化酶的固定化，日本旭化成公司固定化酰化法生产6-APA，固定化菌体用于APA的生产，国内青霉素G酰化酶生产6-APA的工艺和设备，7-氨基脱乙酰氧基头孢烷酸（7-ADCA）和7-氨基头孢烷酸（7-ACA）的生产，酶法转化头孢菌素C为7-ACA；熟悉直接发酵生产7-ACA的基因工程菌的构建；了解内酰胺抗生素母核的生物转化的研究进展重点内容：6-APA的生成，7-氨基脱乙酰氧基头孢烷酸（7-ADCA）和7-氨基头孢烷酸（7-ACA）的生产方法。
生物技术复习资料
⽣物技术复习资料细胞融合：两个或多个细胞相互接触后，其细胞膜发⽣分⼦重排，导致细胞合并、染⾊体等遗传物质重组的过程⼲细胞：动物胚胎及某些器官中具有⾃我复制和多向分化潜能的原始细胞，是重建、修复病损或衰⽼组织、器官功能的理想种⼦细胞。
、固定化酶技术：将酶素服在特殊的相上，让它既保持酶的特有活性，⼜能长期稳定反复使⽤，同时⼜可以实现⽣产⼯艺的连续化和⾃动化。
⽅法⼤致可以分为三类，即载体结合法、共价交联法和包埋法。
⼯程菌：⽤基因⼯程的⽅法，使外源基因得到⾼效表达的菌类细胞株系⼀般称为“⼯程菌”。
转化：通过⽣物学、物理学和化学等⽅法使外源裸露DNA进⼊受体细胞，并在受体细胞内稳定维持和表达的过程。
胚胎分割；借助显微操作技术或徒⼿操作⽅法切割早期胚胎成⼆、四等多等份再移植给受体母畜，从⽽获得同卵双胎或多胎的⽣物学新技术。
限制性内切核酸酶：是⼀类能识别双链DNA中特殊核苷酸序列，并在合适的反应条件下使每条链⼀定位点上的磷酸⼆脂键断开，产⽣具有5’-磷酸基（-P）和3’-羧酸（-OH）的DNA⽚段的内切脱氧核糖核酸酶。
P21SCP：单细胞蛋⽩，⽣产蛋⽩质的⽣物⼤都是单细胞或丝状微⽣物个体，⽽不是多细胞复杂结构的⽣物。
P184⽣物传感器：⽤⽣物活性物质做敏感器件，配以适当的换能器所构成的分析⼯具。
P136脱毒植物：⽤脱毒剂除去寄⽣病毒的植物。
P68基因治疗：指将⽬的基因导⼊靶细胞，以纠正或补偿因基因缺陷和异常引起的疾病，以达到治疗⽬的。
P240RNA反义技术：天然存在的或⼈⼯合成的⼀类RAN分⼦，它不能编码蛋⽩质，但它的核苷酸顺序与某种mRNA可互补配对，所以这种反义RNA可与mRNA结合配对从⽽⼲扰mRNA的翻译，使相应的基因不能表达。
P243HGP：⼈类基因组计划，旨在为30多亿个碱基对构成的⼈类基因组精确测序，发现所有⼈类基因并搞清其在染⾊体上的位置，破译⼈类全部遗传信息。
P245发酵⼯程：利⽤微⽣物⽣长速度快、⽣长条件简单以及代谢过程特殊等特点，在适合的条件下，通过现代化⼯程技术⼿段，由微⽣物的某种特定功能⽣产出⼈类所需的产品。
生物催化完整题库
名词解释及问答总体1.生物催化利用生物催化剂（微生物、酶等）改变或通常是加快化学反应速度，获得生物产品的过程。
典型的生物催化反应系统：系统构成三要素：反应物、催化剂和反应介质2.双水相萃取系统某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可以形成两相，并且在两相中水分均占很大比例，即形成双水相系统。
利用亲水性高分子聚合物的水溶液可形成双水相的性质，待分离组分在两相中分配系数有所差异可达到分离的目的。
3.浊点系统当一种非离子表面活性剂的水相胶束溶液温度达到其浊点以上，或者在存在某些添加剂的情况下，会导致相分离，形成一个表面活性剂稀少相（水包油乳液）和一个表面活性剂富集相(油包水乳液)，后者又称凝聚相，其中包含许多大的水泡，可容纳细胞或溶解的酶分子。
这样的系统被称为浊点系统，它曾被用于分离技术中，即浊点萃取。
4.离子液体离子液体实质上是一些凝固点较低的盐。
离子液体作为一类极性溶剂，能溶解许多有机化合物。
➢与普通有机溶剂最大的区别在于：①离子液体不会挥发(没有蒸气压)，对环境比较友好，用于工业生产也相对比较安全；②它们与许多有机溶剂互不相溶，可以形成有机溶剂-离子液体两相系统或者有机溶剂-水-离子液体三相系统，从而为溶剂工程在生物催化反应中的应用提供了新的可能。
➢一般而言，离子液体通常有三种方式被应用于生物催化过程：①作为单一的溶剂；②作为共溶剂添加于水相系统中；③与水形成两相系统。
5.逆胶束系统逆胶束系统是含有表面活性剂与少量水的有机溶剂系统。
表面活性剂分子由疏水性尾部和亲水性头部两部分组成，在含水有机溶剂中，它们的疏水性基团与有机溶剂接触，而亲水性头部形成极性内核，从而组成许多个逆胶束，水分子聚集在逆胶束内核中形成“微水池”，里面容纳了酶分子，这样酶被限制在含水的微环境中，而底物和产物可以自由进出胶束。
6.logP规则log P是衡量物质疏水性强弱的一个特征参数，log P值越大，溶剂的疏水性越强，其夺取酶分子必需水的能力越弱。
生物转化
生物转化酶
命名：除小鼠和果蝇之外的全部物种的细胞色素 P-450基因均以斜体大写字母“CYP”表示（小鼠
用Cyp)，词根后加阿拉伯数字（１、２、３…. ）表示基因族；再加斜体大写字母表示基因亚族 ；若某一亚家族含有若干个基因，则再加斜体阿 拉伯数字表示。如CYP1A1 表示P-450的1基因族A 亚族第一基因（特征基因）。 细胞色素P-450基因的表达产物（如酶、 mRNA等），表示方法为将全部斜体改为正体。如 CYP1A1 等。
第三章 生物转运与转化 第二节 代谢转化
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内 容 提 要
● 生物转化意义 ● 毒物代谢酶 ● 生物转化过程：Ⅰ相反应、Ⅱ相反应 ● 代谢酶的诱导与激活、抑制与阻遏
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一、生物转化的意义
生物转化(biotransformation)：指外源化 学物在机体内经多种酶系催化，其化学结构 与性质发生变化，形成衍生物及分解产物的 生物化学过程。
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生物转化的意义
生物转化和外源性化学物的生物学效应密切相
关。化学物在生物体内能否发挥毒性作用、毒性大
小，除了化学物通过生物转运到达效应部位的剂量 之外，很大程度上取决于生物体对化学物的代谢转 化途径和代谢能力。 生物转化的结果是改变了毒物的化学结构和性 质，毒效应的强度和性质发生改变，体内分布过程 和排泄速度发生变化。
-OH
苯氧化为苯酚
NH2
NH2 -OH
苯胺氧化为对氨基酚或 邻氨基酚
N-的羟化是发生在N原子上的羟化反应。
NH2 NHOH
苯胺经羟化反应生成N-羟基苯 胺,形成高铁血红蛋白。
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生物转化过程
2、双键的环氧化反应：
芳香烃类或烯烃类的不饱和双键，直接
加氧形成不稳定的环氧化中间产物。如果苯环 上有卤族元素取代，或多环芳烃环氧化时，能 形成稳定的环氧化物。很多环氧化物是亲电子 剂，毒性高于母体毒物。
生物催化技术复习资料2016.11.24(1)
生物催化技术复习资料2016.11.24目录1、工业生物技术------------------------12、酶反应器主要包括哪些种类-----13、Fed-batch-：流加分批式---------14、盐析------------------------------------15、生物催化-----------------------------16、微生物发酵生产酶所用培养基中有机氮源包括------------------------17、酶的提取方法-----------------------18、通过分析比较细胞生长与酶产生的关系，可以把酶生物合成的模式分为4种类型。
【细胞生长与酶产生的关系，可以把酶生物合成的模式分为哪几种类型？分别介绍这几种类型】----------------------------------19、Monod 提出的在特定温度、pH 、营养物类型、营养物浓度等条件下，微生物的比生长速率与限制性营养物浓度之间存在的关系--------------210、酶提取过程中细胞破碎方法包括酶法\物理\化学破碎---------------211、无载体固定化酶的方法有交联酶聚体\交联酶晶体等---------------212、培养枯草芽孢杆菌生产蛋白酶的过程中使用的微生物反应器-----213、超临界流体萃取------------------214、生长因子----------------------------215、酶非水相催化中有机介质反应体系包括----------------------------------216、1961年国际酶学委员会（Enzyme Committee ，EC ）根据酶所催化的反应类型和机理，把酶分成6大类----------------------------------217、酶的专一性包括-----------------218、固定化酶--------------------------219、酶分子修饰-----------------------320、抗体酶------------------------------321、Medium ：（培养基）--------322、酶的抑制剂------------------------323、影响酶活性的主要因素--------324、酶的生产方法---------------------325、固定化酶的方法-----------------326、酶的可逆性抑制剂分为--------327、酶的辅因子包括------------------328、极端酶-------------------------------329、酶的定向进化---------------------330、酶活力单位------------------------331、产酶动力学------------------------332、酶的非水相催化------------------333、优良产酶微生物具备的条件-334、吸附层析中洗脱剂的选择要注意的问题----------------------------------335、酶非水相催化的特点-----------436、固定化细胞的特点--------------437、酶分子修饰的原理及其修饰方法【分子修饰的方法】---------------438、固定化酶的基本方法及其优缺点--------------------------------------------439、非水相催化的定义、种类及在有机介质中催化的优点【酶非水相催化的种----------------------------------540、Enzyme------------------------------541、活性部位----------------------------542、模拟酶-------------------------------543、酶的半衰期------------------------544、固定化细胞与固定化酶区别-545、酶的命名方法---------------------546、酶与底物的结合模型可以分为：锁钥关系和诱导锲合学说-----------547、酶的发酵生产方法--------------548、常用产酶微生物------------------649、培养基的5大要素---------------650、实验室常用的微生物培养基-651、极端酶的其制备方法-----------652、如何选择合适的酶反应器-----653、控制产酶量的措施---------------754、酶反应器的操作注意事项------755、诱导物的种类----------------------756、复合沉淀法-------------------------757、分配效应----------------------------71、工业生物技术在工业规模的生产过程中使用或部分使用生物技术来实现产品的制造，这种技术是应用微生物和生物催化剂来提供产品和服务。
生物催化与生物转化II
完整微生物细胞能高选择性地催化酯水解，但实 现该反应的条件复杂。一种来自微生物的羧酸酯 酶NP(carboxyl-esterase NP)已可用基因工程法 表达制备，该酶能催化某些特殊结构酯高选择性 水解。
许多蛋白酶同样能选择性水解羧酸酯，使用最多 的是α-胰凝乳蛋白酶(α- chymotrypsin) 、枯草杆 菌蛋白酶(subtilisin)。使用相对较少的有胰蛋白 酶(trypsin)、胃蛋白酶(pepsin)、木瓜蛋白酶 (papain)和青霉素酰化酶(penicillin acylase)。
第一节 水解反应的机理和特点
酶催化底物水解反应的机理与底物在碱性 条件下的化学水解反应机理很相似。 丝氨酸型水解酶活性中心的Asp、His、Ser 组成三联体，其中丝氨酸的羟基作为亲核 基团向底物酯或酰胺中的羰基碳原子发起 亲核进攻，形成酶-酰基中间体，见图82(a)：然后其他亲核试剂(水、胺、醇、过 氧化氢等)进攻酶-酰基中间体，酶将酰基转 移到酰基受体上，酶自身恢复原形，见图82(b)。
2．末端环氧化物的水解 环氧化物水解酶的使用受到底物在水溶液 中稳定性的影响，一些环氧化物在酸性或 碱性pH值条件下不稳定，会自发性水解。 这种水解过程没有选择性，因而最终产物 的光学纯度差。 取代基R的性质对反应选择性有很大的影响， 直链烷基环氧乙烷不能被有效地拆分，而 支链烷基则可增加反应的选择性，见表8-5。 另外，增加底物浓度也可提高反应的选择 性
酯酶可选择性水解顺、反(E／Z)烯酸酯异构 体，其他的水解酶(如蛋白酶、脂肪酶)却很少 具有这种区域选择性，一般水解成二元酸。
(二)I型酯的水解 1．潜手性二酯 猪肝酯酶(PLE)和α-胰凝乳蛋白酶可催化潜手 性3-位取代的戊二酸二甲酯(9)的不对称化。鲁 氏不动杆菌(Arthrobacter lowefii)和节杆菌 (Arthrobacter ．sp)的完整细胞具有酯酶活性， 也能催化这类反应，但两者催化反应的立体选 择性相反，分别产生不同构型产物(10)和(11)， 见图8-8。
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第一及第二章概述及生物转化的多样性1、生物转化（Biotransformation）的概念是什么？其实质是什么？生物降解的概念是什么？答：生物转化是利用处于生长状态的生物体系（包括植物细胞、动物细胞和微生物）或酶体系对外源性化合物进行结构修饰和改造，合成新型的有机化合物。
其实质为利用生物体系本身所产生的酶进行的催化反应。
生物降解是利用处于生长状态的生物体系（包括植物细胞、动物细胞和微生物）或酶体系对外源性化合物进行降解为无机物的过程。
2、生物转化反应的特点有哪些？答：生物转化反应有以下特点：反应条件温和(30-40oC，常压，水相反应)；反应选择性高；反应产物纯度高（包括光学纯）；反应底物简单便宜（一般无毒、不易燃）；反应收率主要取决于菌种的性能；设备简单。
3、什么是超级有机体？答：超级有机体：通常把细菌区系统为“超级有机体”，它们共同代谢，共享生物降解基因，共同进化以进入生态位降解的新化合物。
第三章生物催化剂——酶1、酶的定义是什么？其化学本质是什么？答：酶是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高效催化作用的蛋白质。
酶的化学本质是生物催化剂。
例题( C )关于酶的叙述哪项是正确的？A.所有的酶都含有辅基或辅酶B.只能在体内起催化作用C.大多数酶的化学本质是蛋白质D.能改变化学反应的平衡点加速反应的进行2、酶作为生物催化剂的特点有哪些？答：（1）高效性酶的催化作用可使反应速度提高107~1016倍。
比普通化学催化剂效率至少高几倍以上。
（2）选择性酶是具有高度选择性的催化剂，酶往往只能催化一种或一类反应，作用一种或一类极为相似的物质。
（3）反应条件温和酶促反应一般在pH 5-8 水溶液中进行，反应温度范围为20-40︒C。
由于反应条件温和，使某些不希望的副反应，如分解反应、异构化反应和消旋化反应等可以尽量减少。
（4）酶活力可调节控制如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活及激素控制等。
酶作为催化剂的重要特点是催化效率高，请举出3种以上解释酶催化高效率的理论学说。
答：(1)邻近效应和定向效应邻近效应是指由于酶和底物分子之间的亲和性，底物分子有向酶的活性中心靠近的趋势，同时也使底物分子之间的反应基团相互靠近，从而降低了进入过渡态所需的活化能，使得活性中心的底物浓度特别高，从而使反应速度增高。
定向效应是指专一性底物向酶分子活性部位靠近时，会诱导酶分子构象发生改变，使酶活性部位的有关基团和底物的基团正确排列，同时使反应基团之间分子轨道以正确方位相互交叠，使反应易于进行。
邻近效应和定向效应使酶促反应具有高效率和专一性特点。
（2）中间复合物学说，即指与反应过渡状态结合作用在酶催化的反应中，与酶的活性中心形成复合物的实际上是底物形成的过渡状态，所以，酶与过渡状态的亲和力要大于酶与底物或产物的亲和力。
(3) 共价催化：酶通过与底物形成反应活性很高的共价过渡产物，使反应活化能降低，从而提高反应速度的过程。
（4）酸碱催化是指酶活性中心的一些基团（氨基、羧基、酚羟基、咪唑基）可作为质子供体或受体对底物进行催化，从而加快反应速度。
（5）张力作用是指酶分子中某些基团可使底物分子的敏感键中电子云密度部分的增加或减少，从而产生键的扭曲，甚至底物分子发生变形，使反应活化能降低，反应速度加快。
4、请简单论述为什么酶可以降低反应的自由能？答：酶催化作用的本质是酶的活性中心与底物分子通过短程非共价力(如氢键,离子键和疏水键等)的作用，形成E-S反应中间物，其结果使底物的价键状态发生形变或极化，起到激活底物分子和降低过渡态活化能作用。
在底物S与酶E结合之前，二者均处于自由运动状态，在结合过程中，由于底物与酶分子的相互作用产生结合能，结合后，形成高度有序、底熵的复合物。
在酶-底物复合物ES形成过程中，酶分子活性中心结合的水分子和底物分子结合的水分子相继发生脱溶剂化作用，脱溶剂化作用增加了ES复合物的能量，使其更活泼而容易反应。
当底物进入酶的活性中心时，底物分子的带电荷基团被迫与酶活性中心的电荷相互作用，导致静电去稳定化作用，底物分子发生扭曲、形变，从而引起反应加速进行。
例题( c ) 下列哪一项是酶具有高催化效率的因素之一?A．有调控能力B．三点结合作用C．形成过渡态复合物D．反应条件温和5、有哪些因素可以影响酶催化反应的速度，如何影响的？答：1）底物浓度对酶促反应速度的影响，当酶的浓度不变，底物浓度[S]较小时，反应速率V与[S]呈正比；但当底物浓度很高时，V几乎不随[S]的改变而变化。
2）pH 对酶的活性具有明显的影响。
在一定的pH 下，酶具有最大的催化活性，通常称此pH 为最适pH。
在最适pH 条件下，酶促反应速度最大。
3）温度对酶促反应速度的影响有两个方面：一方面是温度升高，酶促反应速度加快。
另一方面，温度升高，酶的高级结构将发生变化或变性，导致酶活性降低甚至丧失。
因此大多数酶都有一个最适温度。
在最适温度条件下，反应速度最大。
4）某些化合物能与酶相互作用，使酶分子中的活性基团发生变化，从而影响酶与底物分子的结合或使酶的再生速度发生变化，使酶的活性降低或增加。
能够引起酶的抑制作用的化合物则称为抑制剂。
使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质则称为激活剂。
例题：( D ) 关于pH对酶活性的影响，以下哪项不对？A.影响必需基团解离状态B.也能影响底物的解离状态C.酶在一定的pH范围内发挥最高活性D.破坏酶蛋白的一级结构6、根据酶催化反应的性质可将酶分为哪几大类？答：根据酶催化反应的性质将酶分为6大类，分别为氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂解酶类、异构酶类和合成酶类。
7、什么是酶的活性中心？构成酶活性中心的必需基团有哪些？分别具有什么功能？答：酶的活性中心或称活性部位(active site)，指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。
裂缝、疏水性。
构成酶活性中心的必需基团有结合基团和催化基团。
结合基团功能为与底物相结合，决定酶的专一性；而催化基团促进底物发生化学反应，决定催化反应的性质。
例题：酶的活性中心有结合和催化两个功能部位，其中结合部位直接与底物结合，决定酶的专一性，催化部位是发生化学变化的部位，决定催化反应的性质。
( c )7、下列关于酶活性中心的描述哪个是正确的？A．酶分子上的几个必需基团B．酶分子与底物的结合部位C．酶分子结合底物并发挥催化作用的三维结构区域D．酶分子催化底物转化的部位8、米氏方程的公式，米氏常数的意义有哪些？答：米氏方程为v=vmax*[S]/(Km+[S])米氏常数Km的物理意义为当酶反应速度达到最大反应速度一半时的底物浓度，单位是mol/L；Km是酶特征常数之一，只与酶的性质有关，与酶浓度无关；Km值越小，表明酶对底物的亲和力越大，Km值最小的底物称为该酶的最适底物或天然产物。
例题：米氏常数Km是反应速度为最大应速度1/2 时的底物浓度，其单位为mol/L 。
( b )5、某一符合米氏方程的酶，当[S]=2Km时，其反应速度V等于：A．Vmax B．2/3Vmax C．3/2 Vmax D．2Vm第四章有机化合物的微生物转化1、简述微生物富集培养的方法。
答：使用一种特定的有机化合物作为微生物生长的唯一碳源，在少数情况下用一种特定的有机化合物作为氮源、硫源或磷源，从土壤等复杂混合物中选择性培养获得纯种微生物菌株的方法。
2、微生物转化本质是什么？答：微生物转化本质是酶反应，是单酶或多酶的催化反应3、微生物转化的主要影响因素有哪些？答：1）转化的时间：若转化时间太短导致转化不完全；若转化时间太长导致酶失活、微生物衰亡、转化成本高。
存在一个最佳的反应时间。
2）转化的温度：转化温度升高，反应速度加快，生长繁殖快，产物提前合成；另一方面，转化温度升高，酶失活愈快，菌体易于衰老，影响产物合成，失活愈快，周期缩短，产物最终产量少。
存在一个适宜的转化温度。
3）底物的添加方法：添加底物量与微生物转化反应类型、细胞内酶性质有关。
添加底物量过低导致菌体生长缓慢，生物合成慢；添加底物量过高会抑制菌体生长，引起碳分解代谢物阻遏现象，阻碍产物形成。
可用补料添加方式解除基质过浓的抑制和产物的反馈抑制。
4）酶的抑制剂和诱导剂：添加转化过程中的副反应所需酶类的抑制剂；添加反应中所需诱导酶的诱导剂。
5）生长调节剂：添加微生物生长不可缺少的微量有机物质，包括氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等。
4、微生物转化反应的特点有哪些？答：反应条件温和、公害少、设备简单且反应速度快；可以减少反应步骤；对立体结构合成上具有高度的专一选择性；回收率高，成本低。
5、微生物转化的优缺点有哪些？答：优点：高度选择性，包括化学选择性、区域选择性、非对映选择性、对映体选择性；酶种类多样、酶量充足，转化效率高；产品质量稳定；对环境污染少。
缺点：在一些极端反应条件下，酶易失活；产物和底物的抑制现象。
第五章植物细胞生物转化1、植物组织培养的定义。
简述植物组织培养的过程。
答：植物组织培养是指在无菌的条件下，利用植物离体器官（根、茎、叶、花、果实和种子等）、组织（如花药组织、胚乳和皮层等）或细胞（包括原生质体），在适宜的人工培养基上进行培养，在一定的培养条件诱导下，使其产生愈伤组织、芽或者发育形成小植株的一种实验技术。
植物组织培养的过程为先获得离体的器官、组织或细胞，经过脱分化成愈伤组织，再分化为根和芽，最后成为完整植株。
2、何为愈伤组织？答：愈伤组织：离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种高度液泡化、无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。
3、何为植物细胞的脱分化和植物细胞的再分化？脱分化的实质和结果分别是什么？答：植物细胞的脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，又称去分化。
植物细胞的再分化：脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。
实质是恢复细胞的全能性过程。
结果是形成愈伤组织。
4、细胞的全能性是什么？简述植物细胞具有全能性的原因和植物细胞表现出全能性的条件。
答：生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能，细胞的这种特性叫细胞的全能性。
细胞具有全能性是因为生物体的每个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所需的全部基因。
植物细胞处于离体状态，在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，就可能表现全能性，发育成完整的植株。
5、何为植物细胞培养？其理论基础是什么？答：植物细胞培养是指在离体条件下，将愈伤组织或其它易分散的组织置于液体培养基中进行振荡培养，得到分散成游离的悬浮细胞，通过继代培养增殖，获得大量细胞的一种技术。
其理论基础：植物细胞具有发育成完整个体的潜能（细胞全能性）。