生物催化

1. 具有生物催化作用，這一說法對嗎

酶,又稱為酵素,是具有生物催化功能的生物大分子,即生物催化劑.絕大多數的酶都是蛋白質.人們已經發現兩類生物催化劑：普通酶(Enzyme)是有活細胞合成的、對其特異底物(Substrate)起高效催化作用的蛋白質,是機體內催化各種代謝反應的最主要的催化劑； 核酶(Ribozyme)是具有高效、特異催化作用的核酸,是近年來發現的一類新的生物催化劑,其作用主要是參與RNA的剪接.

即指酶,一類由生物體產生的具有高效和專一催化功能的蛋白質.酶催化劑和活細胞催化劑均可稱為生物催化劑.在生物體內,酶參與催化幾乎所有的物質轉化過程,與生命活動有密切關系；在體外,也可作為催化劑進行工業生產.酶有很高的催化效率,在溫和條件下（室溫、常壓、中性）極為有效,其催化效率為一般非生物催化劑的109～1012倍.酶催化劑選擇性（又稱作用專一性）極高,即一種酶通常只能催化一種或一類反應,而且只能催化一種或一類反應物(又稱底物)的轉化,包括立體化學構造上的選擇性.與活細胞催化劑相比,它的催化作用專一,無副反應,便於過程的控制和分離.

人類自從創造釀酒、制飴、做醬等工藝時起,即對生物催化作用有了初步認識.1897年德國E.布赫納在對發酵過程進行的研究中,發現酵母的無細胞抽提液(即萃取液)也能引起發酵,這就為酶的分離純化與研究提供了可能.1926年脲酶首次被結晶出來,並證明為蛋白質；以後又用各種方法制備和研究了上百種酶,證實了酶都是蛋白質；都是由氨基酸按一定順序結合構成的大分子；在生理環境中,酶分子中的原子分別處於一定的空間位置上,形成特定的構象.在使小分子（如氮、氧、二氧化碳等）轉化的酶催化反應中,酶的結構中通常含有金屬中心.例如過氧化氫分解酶含鐵；遞送磷的酶含鎂；能分解二氧化碳的酶含鉻.酶中的金屬元素之間形成一個較小區域的活性構造,固定在一個龐大的蛋白質分子上,分子量可高達數百萬,如固氮酶中含有的鐵鉬蛋白,分子量約27～30萬,每個分子系由一個鉬原子、20個鐵原子、20個半胱氨酸分子及15個不穩定的硫原子所組成.有相當數量的酶是以復合蛋白質的形式存在的,即除去蛋白質成分外,還含有其他的輔因子,如金屬離子、某些維生素及其衍生物等小分子物質,這些輔因子是酶表現活性所必需的.與蛋白質部分結合較緊的稱輔基,結合較松的稱輔酶.前者如過氧化氫酶中的鐵卟啉；後者如一些脫氫酶中的煙醯胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+ ).通常把含有輔因子的復合蛋白質稱全酶,除去輔因子的稱酶蛋白.酶蛋白與許多蛋白不同之處為酶蛋白都具有一個與催化有關的特定區域,其中包括與催化過程有關的催化基團,以及與底物結合有關的結合基團.高溫、強酸、強鹼能破壞酶蛋白的空間結構而使其失去活性.酶的催化能力稱為酶的活力.1961年國際生物化學聯合會酶學委員會規定：在一分鍾內催化一微摩爾底物發生反應所需的酶量為一個酶單位,以 U表示.而以每毫克蛋白質所含的酶單位數稱為比活力.1972年,國際純粹化學和應用化學聯合會(IUPAC)與國際生物化學聯合會建議採用「酶活力」來代替「酶單位」,即每秒鍾轉化一摩爾底物所需的酶活力為一個 Katal,簡稱Kat.1Kat=6×107U.影響酶活力的因素很多,如溫度、pH值、反應物系的濃度及有關抑制劑等（見酶動力學）.

2. 生物催化研究的重要意義主要有哪些

生物催化與生物轉化是人類賴以生存的生態系統將太陽輻射的巨大能量加以固化與內儲存的有效手段，是地球上一切容生物質循環轉化的本質特徵，也是人類從石油文明向「低碳經濟」過渡的最佳途徑。

生物催化（biocatalysis）是指利用酶或者生物有機體（細胞、細胞器、組織等）作為催化劑進行化學轉化的過程，這種反應過程又稱為生物轉化。

優點
作用條件溫和，基本上在常溫、中性、水等環境中完成；
獨特、高效的底物選擇性（因為催化過程中的酶具有專一性的特點，即一種酶只能催化一種特定的底物發生反應，但是一種底物則可能被多種酶催化）；
對於手性活性葯物成分的合成具有獨特的優點。

缺點
生物催化劑在反應介質中往往不穩定；
目前可用於工業化應用的生物催化劑還太少；
生物催化劑開發的周期較長。

3. 什麼是全細胞生物催化

全細胞生物催化是指利用完整的生物有機體（即全細胞、組織甚至個體）作為催化劑進行化學轉化的過程，這種反應過程又稱為生物轉化（biotransformation）。生物催化中常用的有機體主要是微生物，其本質是利用微生物細胞內的酶進行催化。現在也發展出利用動物細胞、植物細胞甚至生物個體等進行的生物催化方式。 常用的催化方式是將細胞固定於反應平面、微球體懸浮、多孔固相載體等方式。

催化學報上有很多相關的報道，你可以去看看。全細胞生物催化是生物學和化學的交叉學科，具有很大的發展潛力。

4. 什麼是生物催化

生物催化是指抄利用酶或者生物有機體(全細胞、細胞器、組織等)作為催化劑進行化學轉化的過程，又被稱為生物轉化。生物催化具有一些化學方法無可比擬的優點： (1) 專一性強，具有獨特、高效的底物選擇性(化學選擇性、區域選擇性和立體選擇性)；(2) 環境友好，通常用水作為反應媒介(水是最綠色的溶劑)；（3）反應通常在室溫和常壓下進行，減少了能源的使用，降低了反應的不可控性；(4) 減少了保護、脫保護步驟，原子經濟性好，並能完成一些化學合成難以進行的反應。基於綠色化學的十二條准則，生物催化成為當前國際公認最綠色的化學轉化技術之一。將生物催化應用於大規模工業生產，原材料的消耗和污染物排放將會大量減少，不但緩解環境問題，成本也會降低，產生顯著的經濟效益。因此，生物催化是綠色化學與綠色化工發展的重要趨勢之一。

-----尚科生物醫葯 蘇金環，祝俊．生物催化的發展與展望．生物產業技術．2010，4：28-34

5. 生物催化的基本內容概念

生物催化中常用的有機體主要是微生物，其本質是利用微生物細胞內的酶進行催化，促進生物轉化的進程。

6. 什麼是生物催化劑

廣義是指由生物產生用於自身新陳代謝，維持其生物的各種活動。
工業回用生物催化劑答是游離或固定化的酶或活細胞的總稱。它包括從生物體，主要是微生物細胞中提取出酶的游離酶或經固定化技術加工後的，以上統稱為；也包括統稱為的游離的、以整體微生物為主的活細胞及固定化活細胞。酶催化劑用於催化某一類反應或某一類反應物（在酶反應中常稱為底物或基質），其過程則稱為；而以整個微生物用於系列的串聯反應的過程稱為。死的細胞或幹細胞制劑也具有催化作用，但其細胞已無新陳代謝能力，往往不能進行輔酶或輔基（酶的組成部分）的再生，只能進行簡單的酶反應，屬於一種不純的酶催化劑。

7. 生物催化與生物轉化的區別和聯系

生物催化與生物轉化的區別和聯系
生物催化是指在酶的催化作用.生物轉化則是生物體內物質的互相轉化過程.聯系是：後者需要前者（酶）的催化作用才得以實現,而酶的合成正是生物轉化作用的一種具體體現.

8. 酶的生物催化作用是什麼意思

1、高效性：酶的催化效率比無機催化劑更高，使得反應速率更快；
2、專一性：一種酶只能催化一種或一類底物，如蛋白酶只能催化蛋白質水解成多肽；
3、溫和性：是指酶所催化的化學反應一般是在較溫和的條件下進行的。
4、活性可調節性：包括抑制劑和激活劑調節、反饋抑制調節、共價修飾調節和變構調節等。5.有些酶的催化性與輔因子有關。
6.易變性，由於大多數酶是蛋白質，因而會被高溫、強酸、強鹼等破壞。

9. 生物催化的生物催化技術

Staathof報道中提到目前有134種工業級生物轉化，其中水解酶（44%）和氧化還原酶（30%）在工業生物催化應用中佔主導地位；
由A.Liese,K.Seelbach,C.Wandrey主編的工業生物轉化（Instrial Biotransformations，ISBN：3-527-31001-0）詳細介紹了工業應用中的酶、酶的來源、酶生產企業和相關反應的底物和產物種類和數量；
生物催化的平均效率為：產物濃度：100g/l，得率：69.5%。
生物催化與生物轉化是人類賴以生存的生態系統將太陽輻射的巨大能量加以固化與儲存的有效手段，是地球上一切生物質循環轉化的本質特徵，也是人類從石油文明向「低碳經濟」過渡的最佳途徑。生物催化與生物轉化已經作為新一代工業生物技術的主體，寫入國家的中長期科技規劃(2006—2020)，並得到973計劃和863計劃的大力支持。
葯用化合物一般是與人體內的酶、蛋白質或其他功能性生物大分子發生特異性相互作用的活性小分子。因此，在葯物分子的製造過程中引入酶作為催化劑也就不難理解。然而，要將自然界普遍存在的生物催化過程轉化為高效的工業生產過程，不僅取決於技術上能否發現與目標分子(多數為人工合成的非天然化合物)有效結合並發生催化作用的酶，而且取決於經濟上生物催化過程相對於其他工藝路線(例如化學合成或微生物發酵)的競爭優勢。因此，相對而言生產規模較小、純度要求較高的葯物生產便自然而然地成為生物催化技術產業化應用的首選目標。
由於一系列因素的綜合作用，生物催化逐漸發展成一項變革技術。這些因素包括：
大規模及廉價的DNA測序技術；呈指數增長的基因庫數據；強大的定向進化和高通量篩選技術；高效的酶蛋白表達系統；天然產物生物合成機理的深入認識；代謝工程與途徑工程的工業化成功應用。
自2003年以來，生物催化和生物轉化技術的發展受到我國政府的高度重視。國家中長期科技發展規劃和'863'計劃均增列了生物催化和生物轉化專題，中國科學院和一些著名高校掀起了研究熱潮，中石化、中石油、中糧集團等國有大企業集團受到吸引，紛紛投資開發生物能源、生物材料與生物質化學品的工業技術。 我國在生物催化領域涌現了一批具有代表性的產品，主要包括大宗化學品、生物能源、食品和精細化學品等，產值已達3500億元以上。許多產品如味精、檸檬酸、青黴素和維生素C等的生產規模達到世界第一，在國際上佔有舉足輕重的地位。同時，我國成功實現了許多傳統產品的改造和升級，一批新的技術和產品正在獲得大規模工業化應用，在能源、材料和化學品製造領域大顯身手。
通過多年的建設和積累，我國已構建了新的生物催化和生物轉化的研究體系與技術平台，應用新技術手段的新菌種和酶的改造和篩選已形成體系，極大地提高了篩選效率、縮短了周期。以糧食作物和油料作物為原料的生物煉制體系形成了新的產業模式，纖維質原料規模化水解制備燃料乙醇受到青睞，秸稈氣化熱電聯產整套系統也已形成。
此外，我國精細化學品的製造技術平台也已經形成，基因工程菌發酵平台日趨成熟與完善。過程與裝備技術也得到快速發展，如模擬移動床和膜分離裝備被引入1,6-二磷酸果糖和核苷酸的大規模工業化生產中，大大減少了原材料消耗、水耗和污染物排放，降低了成本，產生了顯著的經濟效益。目前為止，我國已開展了大量的生物催化和生物轉化的研究和開發工作，並成功地對部分過程進行了綠色改造，取得了顯著效果。
生物催化是指利用酶或者生物有機體(全細胞、細胞器、組織等)作為催化劑進行化學轉化的過程，又被稱為生物轉化。生物催化具有一些化學方法無可比擬的優點：(1) 專一性強，具有獨特、高效的底物選擇性(化學選擇性、區域選擇性和立體選擇性)；(2) 環境友好，通常用水作為反應媒介(水是最綠色的溶劑)；（3）反應通常在室溫和常壓下進行，減少了能源的使用，降低了反應的不可控性；(4) 減少了保護、脫保護步驟，原子經濟性好，並能完成一些化學合成難以進行的反應。基於綠色化學的十二條准則，生物催化成為當前國際公認最綠色的化學轉化技術之一。將生物催化應用於大規模工業生產，原材料的消耗和污染物排放將會大量減少，不但緩解環境問題，成本也會降低，產生顯著的經濟效益。因此，生物催化是綠色化學與綠色化工發展的重要趨勢之一。
-----尚科生物醫葯（上海）有限公司蘇金環，祝俊．生物催化的發展與展望．生物產業技術．2010，4：28-34

10. 生物催化劑的優勢

催化劑可分為生物催化劑和與非生物催化劑。
與非生物催化劑相比，生物催化劑具有很大的優勢，能在常溫常壓下反應，反應速率快，催化作用專一，價格較低等優點，但缺點是易受熱、受某些化學物質及雜菌的破壞而失活，穩定性較差，反應時的溫度和pH范圍要求較高。用作固定化酶或固定化細胞時，使用壽命一般應不少於30批或連續使用3個月，否則經濟上很難過關。
酶是生物催化劑。活的生物體利用它們來加速體內的化學反應。如果沒有酶，生物體內的許多化學反應就會進行得很慢，難以維持生命。大約在37℃的溫度中（人體的溫度），酶的工作狀態是最佳的。如果溫度高於50℃或60℃，酶就會被破壞掉而不能再發生作用。因此，利用酶來分解衣物上的污漬的生物洗滌劑，在低溫下使用最有效。
舉例： 對於H2O2分解為水和氧氣的反應，活化能為74kJ/mol；若用I-催化，活化能為59kJ/mol；若用酶催化，活化能為25kJ/mol。可見生物催化劑效果之明顯。