【正文】 行了有機介質(zhì)中酶的催化作用的研究，發(fā)現(xiàn)脂肪酶在有機介質(zhì)中不但具有催化作用，而且還具有很高的熱穩(wěn)定性，改變了酶只能在水溶液中進行催化的傳統(tǒng)觀念。此后，有機介質(zhì)中酶的催化作用的研究迅速發(fā)展。 退出 ? 20世紀 80年代以來，酶分子修飾技術(shù)發(fā)展很快，修飾方法主要有：酶分子主鏈修飾、酶分子側(cè)鏈基團修飾、酶分子組成單位置換修飾、酶分子中金屬離子置換修飾和物理修飾等。 退出 ? 隨著易錯 PCR（ errorprone PCR）技術(shù)、DNA重排（ DNA shuffling）技術(shù)、基因家族重排（ gene family shuffling）技術(shù)等體外基因隨機突變技術(shù)以及各種高通量篩選（ highthroughout screening）技術(shù)的發(fā)展，酶定向進化（ enzyme directed evolution）技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為改進酶催化特性的強有力手段。 退出 ? 酶的定向進化是一種快速有效地改進酶的催化特性（底物特異性、酶活性、穩(wěn)定性、對映體選擇性等）的手段，通過酶的定向進化，有可能獲得具有優(yōu)良特性的酶分子。酶的定向進化技術(shù)已經(jīng)成為酶工程研究的熱點。 ? 經(jīng)過 100多年的發(fā)展，酶工程已經(jīng)成為生物工程的主要內(nèi)容。在世界科技和經(jīng)濟的發(fā)展中起重要作用。 退出 生物學(xué) 化學(xué)工程 工程學(xué) 化學(xué) 生物工程 生物化學(xué) 生物技術(shù) 第二節(jié) 生物催化 新興、前沿學(xué)科往往在學(xué)科交叉中產(chǎn)生 退出 生物技術(shù) 醫(yī)藥生物技術(shù) 農(nóng)業(yè)生物技術(shù) 工業(yè)生物技術(shù) 環(huán)境生物技術(shù) 材料生物技術(shù) . . . 用生物或生物分子機器生產(chǎn)產(chǎn)品和解決問題 生物技術(shù)的具體應(yīng)用 退出 生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的三個浪潮 醫(yī)藥生物技術(shù) : 1982年重組人胰島素上市 農(nóng)業(yè)生物技術(shù) : 1996年轉(zhuǎn)基因大豆、玉米、油菜相繼上市 工業(yè)生物技術(shù) : 世紀之交聚交酯、生物鋼、聚乳酸相繼上市 工業(yè)生物技術(shù) 邁向發(fā)達國家之戰(zhàn)略 退出 工業(yè)生物技術(shù) ? 含意：在工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)過程中使用或部分使用生物技術(shù)來實現(xiàn)產(chǎn)品的制造，這種技術(shù)是應(yīng)用微生物和生物催化劑來提供產(chǎn)品和服務(wù) ? 核心目標：大規(guī)模利用生物體系（如細胞或酶）作為催化劑實現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化 工業(yè)生物技術(shù)是生物技術(shù)的重要組成部分 退出 工業(yè)生物技術(shù)發(fā)展空間 提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè) 生物能源 環(huán)境生物技術(shù) 生物材料 退出 底物 生物反應(yīng)器 檢測控 制儀表 培養(yǎng)基 （滅菌） 經(jīng)加工 原料 酶 細胞 生物催化劑 （游離或固定化） 機械能 除 菌 空氣 產(chǎn)品提取純化 副產(chǎn)品 產(chǎn)品 廢物 熱能 原材料 營養(yǎng)物 典型工業(yè)生物技術(shù)過程 核心技術(shù)？ 退出 生物催化 （ Biocatalysis) ? 利用酶或有機體 （ 細胞或細胞器等 ）作為催化劑實現(xiàn)化學(xué)轉(zhuǎn)化的過程 。 生物轉(zhuǎn)化（ Biotransformation) 外源化學(xué)物在機體內(nèi)經(jīng)多種酶催化的代謝轉(zhuǎn)化。生物轉(zhuǎn)化是機體對外源化學(xué)物處置的重要的環(huán)節(jié)，是機體維持穩(wěn)態(tài)的主要機制。 退出 生物催化 化學(xué)工業(yè) 發(fā)酵工業(yè) 輕工業(yè) 采礦 醫(yī)藥 食品 能源 材料 生物安全 環(huán)境 生物催化是工業(yè)生物技術(shù)的核心技術(shù) 退出 退出 以生物催化法合成的主要產(chǎn)品 產(chǎn)品名稱 產(chǎn)量 丙烯酰胺 10萬噸 /年 聚乳酸 /年 阿斯巴甜 2萬噸 /年 生物柴油與汽油 1000萬噸 /年 抗菌素中間體 6－ APA /年 6氨基青霉烷酸 退出 趨勢判斷和需求分析 ? 生物催化劑在精細化學(xué)品市場中呈現(xiàn)強勁的增長勢頭。 ? 通過生物催化技術(shù)，將實現(xiàn)化學(xué)工業(yè)的原料消耗、水資源消耗、能量消耗降低 30%，污染物的排放和污染擴散減少 30%。 退出 趨勢判斷和需求分析 ? 目前生物催化技術(shù)已成為各公司爭奪的目標并且已成為一些公司謀求發(fā)展和提升地位的工具 。 ? Degussa、 DSM、 Roche、 BASF、 Dow、Lonza等許多跨國公司都在積極采取措施，擴大他們在生物催化領(lǐng)域里的生產(chǎn)能力。 退出 生物催化發(fā)展的主要推動力 新產(chǎn)品需求 (社會壓力 ) 健康：醫(yī)藥、檢測 日用品：洗滌用品、乳品、生物可降解塑料 環(huán)境 (法律法規(guī)壓力 ) －綠色化學(xué)、能源、溫室效應(yīng) 新發(fā)現(xiàn)或基礎(chǔ)研究 (技術(shù)壓力） －基因工程 /定點突變 /定向進化、代謝工程、組合化學(xué) 得益 /成本降低 (商業(yè)壓力 ) 生物分離 退出 The Biocatalysis Cycle 退出 生物催化劑工程的目標 ? 開發(fā)生物催化劑：催化性能更好、更快，成本更低 ? 開發(fā)生物催化劑工具盒：催化反應(yīng)更廣泛，功能更多樣 ? 改善性能 : 穩(wěn)定性 , 活性，溶劑兼容性 ? 開發(fā)分子模型 : 新酶的快速重新設(shè)計 ? 創(chuàng)造新技術(shù) : 用于新生物催化劑的開發(fā) 退出 生物催化劑發(fā)展的工業(yè)展望 Competitive Imperative Current Chemical Varieties Current Biocatalysts Biocatalyst of the Future Speed to Market 25 years 10 years 23 years Cost to Manufacture $110/kg $10100/kg $13/kg Range of Products Broad Narrow Broad 退出 生物催化劑工程技術(shù)瓶頸 ? 對生物催化劑作用機理缺乏深入的認識 ? 對次級代謝產(chǎn)物代謝途徑（包括途徑間相互關(guān)系）缺乏理解 ? 細胞工程化的方法十分有限（即代謝工程） ? 生產(chǎn)酶和輔因子的成本過高 退出 生物催化劑的發(fā)現(xiàn) 微生物 ? 可培養(yǎng)微生物酶資源的開發(fā)利用 ? 不可培養(yǎng)微生物酶資源的開發(fā)利用 基因 ? 已知基因的克隆 ? 未知基因的克隆 退出 當前生物催化的研究熱點 ? 新酶或已有酶的新功能的開發(fā) ? 根據(jù)已有底物開發(fā)新的酶反應(yīng) ? 利用突變或定向進化技術(shù)改善生物催化劑性能 ? 利用重組 DNA技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)生物催化劑 ? 利用有機溶劑或共溶劑開發(fā)新的反應(yīng)體系 ? 體內(nèi)或體外合成的多酶體系 ? 克服底物和產(chǎn)物抑制