《生物催化工程》PPT课件
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不对称合成（Asymmetric synthesis），也称手性合成、立体选择性 合成、对映选择性合成，是研究向反应物引入一个或多个具手性元素 的化学反应的有机合成分支。按照Morrison和Mosher的定义，不对称 合成是“一个有机反应，其中底物分子整体中的非手性单元由反应剂 以不等量地生成立体异构产物的途径转化为手性单元”。这里，反应 剂可以是化学试剂、催化剂、溶剂或物理因素。
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主要内容
设计一种脂肪酶，阐述它的在某一领域的应用，说明如何采用两种酶分子修 饰方法进行修饰，修饰后的优点列举两种，如何采用酶的两种固定化方法做 固定化酶，设计这种脂肪酶在非水相介质中的催化反应过程。
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1.2 生物催化工程内涵及历史
1.2.1 生物催化工程界定
生物催化与生物转化( biocatalysis & biot ransformation) 是生物学、化学、过程工程科学 的交叉领域, 其核心目标是大规模采用微生物或 酶为催化剂生产化学品、医药、能源、材料等。 以生物催化与生物转化为核心的工业生物技术将 是生物技术革命的第三个浪潮.
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20世纪80年代初期兴起的非水相酶催化技术彻底地突破了 酶只能在单一水溶液介质中应用的局限。
所表现出的催化性能(如活性、选择性、稳定性)与在常规 水溶液介质中的天然性能截然不同，从而极大地扩展了生 物催化剂的应用范围。
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1.3.2 研究特色
生物催化在手性合成中的应用 工业生物催化技术被看作是继农业和医药生物技术之后，
手性合成的难点在于：针对不同的手性或潜手性底物，必须使用与之高 度匹配的专一性“手性工具”(例如：手性拆分剂、手性催化剂、手性 溶剂或助剂，等等)，首要的任务是制备出对目标反应具有高度立体选 择性的手性生物催化剂。
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
酶催化剂具有高度的对 映体选择性，不对称合 成。生物大分子含有很 多手性中心，故在结构 上形成高度不对称的微 环境空间，而在功能上 则作为一种“手性受 体”，对手性的药物(配 体)或手性的底物具有立 体专一性识别作用。
以2005年全球销售额（美元）统计，以下21种单一对映异构体药物都可被称为“重磅炸弹”。阿托伐 他汀（13.0亿），氯吡格雷（6.3亿），重组人红 细胞生成素（5.8亿），氟替卡松/沙美特罗复方制剂 （5.5亿），利妥昔单抗（5.2亿），埃索美拉唑（4.6亿），辛伐他汀（4.4亿），普伐他汀 （3.8亿） ，缬沙坦（3.7亿），依那西普（3.6亿），英利昔单抗（3.5亿），促红细胞生成素（3.3亿），舍曲林 （3.3亿），孟鲁司特钠 （3.0亿），依诺肝素钠（2.7亿），曲妥珠单抗（2.5亿），乙二醇化非14格司 亭（2.3亿），依地普仑（2.0亿），阿奇霉素（2.0亿），多烯紫杉 醇（2.0亿），奥沙利铂（1.9亿） 。
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1.3.1 生物催化的研究内容
生物催化剂的筛选和制备：要经过微生物菌种的自然分离、 诱变育种或定向改造，酶的发酵、提取和纯化，以及酶或 细胞的固定化等一系列环节的反复多次筛选和优化组合。
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如何用天然的酶在非生理条件下催化非天然底物的不对称转化，并且 保持高度的立体选择性，则是不对称生物催化中需要重点研究并加以 解决的一个核心科学问题。(定向进化、构象工程)。
生物技术发展的第三次浪潮。一方面化学工业公司正在雇 用越来越多的生命科学家；另一方面，有机化学家在面对 新的或比较困难的合成任务时，开始把生物催化剂视作有 效的合成工具。
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手性化合物分离测定与拆分技术主要有：利用现代色谱法(高效液相色 谱(HPLC)、气相色谱(GC)、毛细管电泳(HPCE)、超临界流体色谱 (SFC))、物理化学拆分法、膜法、酶法。其中，现代色谱分离技术在 对映体的分离与测定方面显示出巨大的优越性。
生物催化工程
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1
山东科技大学
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主要内容
1生物催化剂： 是生物反应过程中起催化作用的游离或固定化酶的总称。 2固定化酶： 固定化酶：通过物理的或化学的方法，将酶束缚于水不溶的载体上，或将酶
束缚于一定的空间内，限制酶分子的自由流动，但能使酶发挥催化作用的酶 。 3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。 4酶回收率与酶纯化比（纯度提高比）： 酶的回收率是指某纯化步骤后酶的总活力与该步骤前的总活力之比。酶的纯 化比是之某纯化步骤后的酶的比活力与该步骤前的比活力之比。 5凝胶过滤层析： 又叫分子排阻层析，分子筛层析，在层析柱中填充分子筛，加入待纯化样品2 再用适当缓冲液淋洗，样品中的分子经过一定距离的层析柱后，按分子大小 先后顺序流出的，彼此分开的层析方法。
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主要内容
是非题（每题1分，共10分）
3
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主要内容
简答题（每题5分，共20分） 1酶的6个种类的名称是什么？ 2通常酶的固定化方法有那些？ 3. 举出四例，说明酶在医学上的广阔的用途。 4写出五种分离纯化酶蛋白的方法。
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主要内容
生物柴油生产时，需要一种脂肪酶，制定方案从微生物中提取，说明这种生 物催化剂筛选的主要途径，产酶微生物一般筛选方法和步骤,怎样对筛选菌种 育种和菌种保存，说明防止菌种衰退和复壮方法，怎样优化发酵条件，阐述 这种脂肪酶的提取纯化方法（三种），论述检查酶的制剂是否达到了纯的制 剂的方法。
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1.3 生物催化的研究内容
生物催化系统(Biocatalytic System) 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(图1一1)。 这就涉及所谓的“底物工程 ‘’’(Substrate Engineering)、 “介质工程”(Medium Engineering) 和“生物催化剂工程”(Biocatalyst Engineering)等许多不同学科背景的 基础知识和专门技术。
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主要内容
设计一种脂肪酶，阐述它的在某一领域的应用，说明如何采用两种酶分子修 饰方法进行修饰，修饰后的优点列举两种，如何采用酶的两种固定化方法做 固定化酶，设计这种脂肪酶在非水相介质中的催化反应过程。
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1.2 生物催化工程内涵及历史
1.2.1 生物催化工程界定
生物催化与生物转化( biocatalysis & biot ransformation) 是生物学、化学、过程工程科学 的交叉领域, 其核心目标是大规模采用微生物或 酶为催化剂生产化学品、医药、能源、材料等。 以生物催化与生物转化为核心的工业生物技术将 是生物技术革命的第三个浪潮.
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20世纪80年代初期兴起的非水相酶催化技术彻底地突破了 酶只能在单一水溶液介质中应用的局限。
所表现出的催化性能(如活性、选择性、稳定性)与在常规 水溶液介质中的天然性能截然不同，从而极大地扩展了生 物催化剂的应用范围。
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1.3.2 研究特色
生物催化在手性合成中的应用 工业生物催化技术被看作是继农业和医药生物技术之后，
手性合成的难点在于：针对不同的手性或潜手性底物，必须使用与之高 度匹配的专一性“手性工具”(例如：手性拆分剂、手性催化剂、手性 溶剂或助剂，等等)，首要的任务是制备出对目标反应具有高度立体选 择性的手性生物催化剂。
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
酶催化剂具有高度的对 映体选择性，不对称合 成。生物大分子含有很 多手性中心，故在结构 上形成高度不对称的微 环境空间，而在功能上 则作为一种“手性受 体”，对手性的药物(配 体)或手性的底物具有立 体专一性识别作用。
以2005年全球销售额（美元）统计，以下21种单一对映异构体药物都可被称为“重磅炸弹”。阿托伐 他汀（13.0亿），氯吡格雷（6.3亿），重组人红 细胞生成素（5.8亿），氟替卡松/沙美特罗复方制剂 （5.5亿），利妥昔单抗（5.2亿），埃索美拉唑（4.6亿），辛伐他汀（4.4亿），普伐他汀 （3.8亿） ，缬沙坦（3.7亿），依那西普（3.6亿），英利昔单抗（3.5亿），促红细胞生成素（3.3亿），舍曲林 （3.3亿），孟鲁司特钠 （3.0亿），依诺肝素钠（2.7亿），曲妥珠单抗（2.5亿），乙二醇化非14格司 亭（2.3亿），依地普仑（2.0亿），阿奇霉素（2.0亿），多烯紫杉 醇（2.0亿），奥沙利铂（1.9亿） 。
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1.3.1 生物催化的研究内容
生物催化剂的筛选和制备：要经过微生物菌种的自然分离、 诱变育种或定向改造，酶的发酵、提取和纯化，以及酶或 细胞的固定化等一系列环节的反复多次筛选和优化组合。
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如何用天然的酶在非生理条件下催化非天然底物的不对称转化，并且 保持高度的立体选择性，则是不对称生物催化中需要重点研究并加以 解决的一个核心科学问题。(定向进化、构象工程)。
生物技术发展的第三次浪潮。一方面化学工业公司正在雇 用越来越多的生命科学家；另一方面，有机化学家在面对 新的或比较困难的合成任务时，开始把生物催化剂视作有 效的合成工具。
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手性化合物分离测定与拆分技术主要有：利用现代色谱法(高效液相色 谱(HPLC)、气相色谱(GC)、毛细管电泳(HPCE)、超临界流体色谱 (SFC))、物理化学拆分法、膜法、酶法。其中，现代色谱分离技术在 对映体的分离与测定方面显示出巨大的优越性。
生物催化工程
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1
山东科技大学
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主要内容
1生物催化剂： 是生物反应过程中起催化作用的游离或固定化酶的总称。 2固定化酶： 固定化酶：通过物理的或化学的方法，将酶束缚于水不溶的载体上，或将酶
束缚于一定的空间内，限制酶分子的自由流动，但能使酶发挥催化作用的酶 。 3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。 4酶回收率与酶纯化比（纯度提高比）： 酶的回收率是指某纯化步骤后酶的总活力与该步骤前的总活力之比。酶的纯 化比是之某纯化步骤后的酶的比活力与该步骤前的比活力之比。 5凝胶过滤层析： 又叫分子排阻层析，分子筛层析，在层析柱中填充分子筛，加入待纯化样品2 再用适当缓冲液淋洗，样品中的分子经过一定距离的层析柱后，按分子大小 先后顺序流出的，彼此分开的层析方法。
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主要内容
是非题（每题1分，共10分）
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主要内容
简答题（每题5分，共20分） 1酶的6个种类的名称是什么？ 2通常酶的固定化方法有那些？ 3. 举出四例，说明酶在医学上的广阔的用途。 4写出五种分离纯化酶蛋白的方法。
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主要内容
生物柴油生产时，需要一种脂肪酶，制定方案从微生物中提取，说明这种生 物催化剂筛选的主要途径，产酶微生物一般筛选方法和步骤,怎样对筛选菌种 育种和菌种保存，说明防止菌种衰退和复壮方法，怎样优化发酵条件，阐述 这种脂肪酶的提取纯化方法（三种），论述检查酶的制剂是否达到了纯的制 剂的方法。
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1.3 生物催化的研究内容
生物催化系统(Biocatalytic System) 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(图1一1)。 这就涉及所谓的“底物工程 ‘’’(Substrate Engineering)、 “介质工程”(Medium Engineering) 和“生物催化剂工程”(Biocatalyst Engineering)等许多不同学科背景的 基础知识和专门技术。