生物催化

1. 具有生物催化作用，这一说法对吗

酶,又称为酵素,是具有生物催化功能的生物大分子,即生物催化剂.绝大多数的酶都是蛋白质.人们已经发现两类生物催化剂：普通酶(Enzyme)是有活细胞合成的、对其特异底物(Substrate)起高效催化作用的蛋白质,是机体内催化各种代谢反应的最主要的催化剂； 核酶(Ribozyme)是具有高效、特异催化作用的核酸,是近年来发现的一类新的生物催化剂,其作用主要是参与RNA的剪接.

即指酶,一类由生物体产生的具有高效和专一催化功能的蛋白质.酶催化剂和活细胞催化剂均可称为生物催化剂.在生物体内,酶参与催化几乎所有的物质转化过程,与生命活动有密切关系；在体外,也可作为催化剂进行工业生产.酶有很高的催化效率,在温和条件下（室温、常压、中性）极为有效,其催化效率为一般非生物催化剂的109～1012倍.酶催化剂选择性（又称作用专一性）极高,即一种酶通常只能催化一种或一类反应,而且只能催化一种或一类反应物(又称底物)的转化,包括立体化学构造上的选择性.与活细胞催化剂相比,它的催化作用专一,无副反应,便于过程的控制和分离.

人类自从创造酿酒、制饴、做酱等工艺时起,即对生物催化作用有了初步认识.1897年德国E.布赫纳在对发酵过程进行的研究中,发现酵母的无细胞抽提液(即萃取液)也能引起发酵,这就为酶的分离纯化与研究提供了可能.1926年脲酶首次被结晶出来,并证明为蛋白质；以后又用各种方法制备和研究了上百种酶,证实了酶都是蛋白质；都是由氨基酸按一定顺序结合构成的大分子；在生理环境中,酶分子中的原子分别处于一定的空间位置上,形成特定的构象.在使小分子（如氮、氧、二氧化碳等）转化的酶催化反应中,酶的结构中通常含有金属中心.例如过氧化氢分解酶含铁；递送磷的酶含镁；能分解二氧化碳的酶含铬.酶中的金属元素之间形成一个较小区域的活性构造,固定在一个庞大的蛋白质分子上,分子量可高达数百万,如固氮酶中含有的铁钼蛋白,分子量约27～30万,每个分子系由一个钼原子、20个铁原子、20个半胱氨酸分子及15个不稳定的硫原子所组成.有相当数量的酶是以复合蛋白质的形式存在的,即除去蛋白质成分外,还含有其他的辅因子,如金属离子、某些维生素及其衍生物等小分子物质,这些辅因子是酶表现活性所必需的.与蛋白质部分结合较紧的称辅基,结合较松的称辅酶.前者如过氧化氢酶中的铁卟啉；后者如一些脱氢酶中的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+ ).通常把含有辅因子的复合蛋白质称全酶,除去辅因子的称酶蛋白.酶蛋白与许多蛋白不同之处为酶蛋白都具有一个与催化有关的特定区域,其中包括与催化过程有关的催化基团,以及与底物结合有关的结合基团.高温、强酸、强碱能破坏酶蛋白的空间结构而使其失去活性.酶的催化能力称为酶的活力.1961年国际生物化学联合会酶学委员会规定：在一分钟内催化一微摩尔底物发生反应所需的酶量为一个酶单位,以 U表示.而以每毫克蛋白质所含的酶单位数称为比活力.1972年,国际纯粹化学和应用化学联合会(IUPAC)与国际生物化学联合会建议采用“酶活力”来代替“酶单位”,即每秒钟转化一摩尔底物所需的酶活力为一个 Katal,简称Kat.1Kat=6×107U.影响酶活力的因素很多,如温度、pH值、反应物系的浓度及有关抑制剂等（见酶动力学）.

2. 生物催化研究的重要意义主要有哪些

生物催化与生物转化是人类赖以生存的生态系统将太阳辐射的巨大能量加以固化与内储存的有效手段，是地球上一切容生物质循环转化的本质特征，也是人类从石油文明向“低碳经济”过渡的最佳途径。

生物催化（biocatalysis）是指利用酶或者生物有机体（细胞、细胞器、组织等）作为催化剂进行化学转化的过程，这种反应过程又称为生物转化。

优点
作用条件温和，基本上在常温、中性、水等环境中完成；
独特、高效的底物选择性（因为催化过程中的酶具有专一性的特点，即一种酶只能催化一种特定的底物发生反应，但是一种底物则可能被多种酶催化）；
对于手性活性药物成分的合成具有独特的优点。

缺点
生物催化剂在反应介质中往往不稳定；
目前可用于工业化应用的生物催化剂还太少；
生物催化剂开发的周期较长。

3. 什么是全细胞生物催化

全细胞生物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的过程，这种反应过程又称为生物转化（biotransformation）。生物催化中常用的有机体主要是微生物，其本质是利用微生物细胞内的酶进行催化。现在也发展出利用动物细胞、植物细胞甚至生物个体等进行的生物催化方式。 常用的催化方式是将细胞固定于反应平面、微球体悬浮、多孔固相载体等方式。

催化学报上有很多相关的报道，你可以去看看。全细胞生物催化是生物学和化学的交叉学科，具有很大的发展潜力。

4. 什么是生物催化

生物催化是指抄利用酶或者生物有机体(全细胞、细胞器、组织等)作为催化剂进行化学转化的过程，又被称为生物转化。生物催化具有一些化学方法无可比拟的优点： (1) 专一性强，具有独特、高效的底物选择性(化学选择性、区域选择性和立体选择性)；(2) 环境友好，通常用水作为反应媒介(水是最绿色的溶剂)；（3）反应通常在室温和常压下进行，减少了能源的使用，降低了反应的不可控性；(4) 减少了保护、脱保护步骤，原子经济性好，并能完成一些化学合成难以进行的反应。基于绿色化学的十二条准则，生物催化成为当前国际公认最绿色的化学转化技术之一。将生物催化应用于大规模工业生产，原材料的消耗和污染物排放将会大量减少，不但缓解环境问题，成本也会降低，产生显著的经济效益。因此，生物催化是绿色化学与绿色化工发展的重要趋势之一。

-----尚科生物医药 苏金环，祝俊．生物催化的发展与展望．生物产业技术．2010，4：28-34

5. 生物催化的基本内容概念

生物催化中常用的有机体主要是微生物，其本质是利用微生物细胞内的酶进行催化，促进生物转化的进程。

6. 什么是生物催化剂

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。
工业回用生物催化剂答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酶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。

7. 生物催化与生物转化的区别和联系

生物催化与生物转化的区别和联系
生物催化是指在酶的催化作用.生物转化则是生物体内物质的互相转化过程.联系是：后者需要前者（酶）的催化作用才得以实现,而酶的合成正是生物转化作用的一种具体体现.

8. 酶的生物催化作用是什么意思

1、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；
2、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；
3、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。
4、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。5.有些酶的催化性与辅因子有关。
6.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。

9. 生物催化的生物催化技术

Staathof报道中提到目前有134种工业级生物转化，其中水解酶（44%）和氧化还原酶（30%）在工业生物催化应用中占主导地位；
由A.Liese,K.Seelbach,C.Wandrey主编的工业生物转化（Instrial Biotransformations，ISBN：3-527-31001-0）详细介绍了工业应用中的酶、酶的来源、酶生产企业和相关反应的底物和产物种类和数量；
生物催化的平均效率为：产物浓度：100g/l，得率：69.5%。
生物催化与生物转化是人类赖以生存的生态系统将太阳辐射的巨大能量加以固化与储存的有效手段，是地球上一切生物质循环转化的本质特征，也是人类从石油文明向“低碳经济”过渡的最佳途径。生物催化与生物转化已经作为新一代工业生物技术的主体，写入国家的中长期科技规划(2006—2020)，并得到973计划和863计划的大力支持。
药用化合物一般是与人体内的酶、蛋白质或其他功能性生物大分子发生特异性相互作用的活性小分子。因此，在药物分子的制造过程中引入酶作为催化剂也就不难理解。然而，要将自然界普遍存在的生物催化过程转化为高效的工业生产过程，不仅取决于技术上能否发现与目标分子(多数为人工合成的非天然化合物)有效结合并发生催化作用的酶，而且取决于经济上生物催化过程相对于其他工艺路线(例如化学合成或微生物发酵)的竞争优势。因此，相对而言生产规模较小、纯度要求较高的药物生产便自然而然地成为生物催化技术产业化应用的首选目标。
由于一系列因素的综合作用，生物催化逐渐发展成一项变革技术。这些因素包括：
大规模及廉价的DNA测序技术；呈指数增长的基因库数据；强大的定向进化和高通量筛选技术；高效的酶蛋白表达系统；天然产物生物合成机理的深入认识；代谢工程与途径工程的工业化成功应用。
自2003年以来，生物催化和生物转化技术的发展受到我国政府的高度重视。国家中长期科技发展规划和'863'计划均增列了生物催化和生物转化专题，中国科学院和一些著名高校掀起了研究热潮，中石化、中石油、中粮集团等国有大企业集团受到吸引，纷纷投资开发生物能源、生物材料与生物质化学品的工业技术。 我国在生物催化领域涌现了一批具有代表性的产品，主要包括大宗化学品、生物能源、食品和精细化学品等，产值已达3500亿元以上。许多产品如味精、柠檬酸、青霉素和维生素C等的生产规模达到世界第一，在国际上占有举足轻重的地位。同时，我国成功实现了许多传统产品的改造和升级，一批新的技术和产品正在获得大规模工业化应用，在能源、材料和化学品制造领域大显身手。
通过多年的建设和积累，我国已构建了新的生物催化和生物转化的研究体系与技术平台，应用新技术手段的新菌种和酶的改造和筛选已形成体系，极大地提高了筛选效率、缩短了周期。以粮食作物和油料作物为原料的生物炼制体系形成了新的产业模式，纤维质原料规模化水解制备燃料乙醇受到青睐，秸秆气化热电联产整套系统也已形成。
此外，我国精细化学品的制造技术平台也已经形成，基因工程菌发酵平台日趋成熟与完善。过程与装备技术也得到快速发展，如模拟移动床和膜分离装备被引入1,6-二磷酸果糖和核苷酸的大规模工业化生产中，大大减少了原材料消耗、水耗和污染物排放，降低了成本，产生了显著的经济效益。目前为止，我国已开展了大量的生物催化和生物转化的研究和开发工作，并成功地对部分过程进行了绿色改造，取得了显著效果。
生物催化是指利用酶或者生物有机体(全细胞、细胞器、组织等)作为催化剂进行化学转化的过程，又被称为生物转化。生物催化具有一些化学方法无可比拟的优点：(1) 专一性强，具有独特、高效的底物选择性(化学选择性、区域选择性和立体选择性)；(2) 环境友好，通常用水作为反应媒介(水是最绿色的溶剂)；（3）反应通常在室温和常压下进行，减少了能源的使用，降低了反应的不可控性；(4) 减少了保护、脱保护步骤，原子经济性好，并能完成一些化学合成难以进行的反应。基于绿色化学的十二条准则，生物催化成为当前国际公认最绿色的化学转化技术之一。将生物催化应用于大规模工业生产，原材料的消耗和污染物排放将会大量减少，不但缓解环境问题，成本也会降低，产生显著的经济效益。因此，生物催化是绿色化学与绿色化工发展的重要趋势之一。
-----尚科生物医药（上海）有限公司苏金环，祝俊．生物催化的发展与展望．生物产业技术．2010，4：28-34

10. 生物催化剂的优势

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。
举例： 对于H2O2分解为水和氧气的反应，活化能为74kJ/mol；若用I-催化，活化能为59kJ/mol；若用酶催化，活化能为25kJ/mol。可见生物催化剂效果之明显。