生物催化剂

《工业催化》结课论文

生物催化剂

姓名：郭超

指导教师：吴彬

院系：化学化工学院

专业： 10化工

提交日期： 2013/1/13

一、前言

二、内容

<一>、

1、概述

2、生物催化剂的定义

3、生物催化剂的类别

4、生物催化剂-酶的主要特性

5、酶是蛋白质，所以酶促反应又固有其特点

<二>、生物催化剂筛选的反应过程的设计

1、一般产酶微生物筛选的原则、酶或产酶微生物的筛选

2、生物催化剂筛选的主要途径

3、从极端微生物中筛选极端酶的策略

4、未培养生物催化剂的发现策略

<三>、微生物和酶的一般筛选方法

1、从自然界发现产酶微生物

2、生物催化剂的高效筛选

3、优良菌种选育

三、参考文献

《应用催化基础》(吴越)

广义是指由生物产生用于自身新陈代谢，维持其生物的各种活动。

工业用生物催化剂是游离或固定化的酶或活细胞的总称。它包括从生物体，主要是微生物细胞中提取出

的游离酶或经固定化技术加工后的，以上统称为；也包括统称为的游离的、以整体微生物为主的活细胞及固定化活细胞。酶催化剂用于催化某一类反应或某一类反应物（在酶反应中常称为底物或基质），其过程则称为；而以整个微生物用于系列的串联反应的过程称为。死的细胞或干细胞制剂也具有催化作用，但其细胞已无新陈代谢能力，往往不能进行辅酶或辅基（酶的组成部分）的再生，只能进行简单的酶反应，属于一种不纯的酶催化剂。

催化剂可分为生物催化剂和与非生物催化剂

与非生物催化剂相比，生物催化剂具有很大的优势，能在常温常压下反应，反应速率快，催化作用专一，价格较低等优点，但缺点是易受热、受某些化学物质及杂菌的破坏而失活，稳定性较差，反应时的温度和pH范围要求较高。用作固定化酶或固定化细胞时，使用寿命一般应不少于30批或连续使用3个月，否则经济上很难过关。

酶是生物催化剂。活的生物体利用它们来加速体内的化学反应。如果没有酶，生物体内的许多化学反应就会进行得很慢，难以维持生命。大约在37℃的温度中（人体的温度），酶的工作状态是最佳的。如果温度高于50℃或60℃，酶就会被破坏掉而不能再发生作用。因此，利用酶来分解衣物上的污渍的生物洗涤剂，在低温下使用最有效。

<一>

1、概述

•提高筛选效率的基本原则

①需要设计合适的用酶方法，使得目标反应非常清楚

②需要在有希望的微生物中寻找具有合适活性的微生物

③需要建立方便和敏感的分析系统尽可能多的搜寻微生物

2、生物催化剂的定义

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。

3、生物催化剂的类别

生物催化剂的来源与多样性

a、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；

b、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；

c、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。

d、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。

e. 有些酶的催化性与辅因子有关。

f. 易变性，由于大多数酶是蛋白质，因而会被高温、强酸、强碱等破坏

专一性、高效性、可调节性

5、酶是蛋白质，所以酶促反应又固有其特点：

（1）酶易失活

（2）高度的催化效率：

一般而论，酶促反应速度比非催化反应高106-1013倍，

例如，

反应：H2O2+H2O2→2H2O+O2

在无催化剂时，需活化能18，000卡/克分子；胶体钯存在时，需活化能11，700卡/克分子；有过氧化氢酶(catalase)存在时，仅需活化能2，000卡/克分子以下。-淀粉酶催化淀粉水解，1克结晶酶在65 C条件下可催化2吨淀粉水解。

（3）高度的专一性：

酶对所作用的底物有严格的选择性，一种酶只作用于一类化合物或一定的化学键，以促进一定的化学变化，并生成一定的产物，这种现象称为酶的特异性或专一性(specificity)。受酶催化的化合物称为该酶的底物或作用物(substrate)。

酶对底物的专一性通常分为以下几种：

结构专一性：

①绝对特异性(absolute specifictity)

有的酶只作用于一种底物产生一定的反应，称为绝对专一性，如脲酶

(urease)，只能催化尿素水解成NH3和CO2，而不能催化甲基尿素水解。

②相对特异性(relative specificity)

一种酶可作用于一类化合物或一种化学键，这种不太严格的专一性称为相对专一性。如脂肪酶(lipase)不仅水解脂肪，也能水解简单的酯类；磷酸酶(phosphatase)对一般的磷酸酯都有作用，无论是甘油的还是一元醇或酚的磷酸酯均可被其水解。

立体异构特异性(stereopecificity)

酶对底物的立体构型的特异要求，称为立体异构专一性或特异性，分为旋光异构专一性和顺反（几何）异构专一性。如α-淀粉酶(α-amylase)只能水解淀粉中α-1,4-糖苷键，不能水解纤维素中的β-1，4-糖苷键；L-乳酸脱氢酶

(L-lacticacid dehydrogenase)的底物只能是L型乳酸，而不能是D型乳酸。而延胡索酸酶只能催化延胡索酸（反丁烯二酸）生成苹果酸，而不能催化顺丁烯二酸反应。

（4）、酶活性的可调节性：

酶是生物体的组成成份，和体内其他物质一样，不断在体内新陈代谢，酶的催化活性也受多方面的调控。例如，酶的生物合成的诱导和阻遏、酶的化学修饰、抑制物的调节作用、代谢物对酶的反馈调节、酶的别构调节以及神经体液因素的调节等，这些调控保证酶在体内新陈代谢中发挥其恰如其分的催化作用，使生命活动中的种种化学反应都能够有条不紊、协调一致地进行。有胞内酶和胞外酶之分，也有单体酶和多酶复合体之分。

（5）酶反应条件温和但不稳定：

反应条件：室温、常压、温和的PH。酶是蛋白质，酶促反应要求一定的pH、温度等温和的条件，但剧烈条件反而使酶失活，如强酸、强碱、有机溶剂、重金属盐、高温、紫外线、剧烈震荡等任何使蛋白质变性的理化因素都可能使酶变性而失去其催化活性。