環(huán)境生物ppt課件(已修改)
2025-01-29 18:00 本頁(yè)面
【正文】 第十一章 生物化工技術(shù) 第一節(jié) 概述 生物化工的簡(jiǎn)單介紹： 生物化工是生物學(xué)技術(shù)和化學(xué)工程技術(shù)相互融合的新型學(xué)科，它以生物來源的物質(zhì)為原料，通過生物活性物質(zhì)為催化劑使其轉(zhuǎn)化，或用其他生物技術(shù)進(jìn)行制備、純化，從而得到我們預(yù)期的產(chǎn)品。 生物化工作為生物技術(shù)下游過程的支撐學(xué)科，對(duì)生物技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)的建立起著十分重要的作用，它是基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程和酶工程走向產(chǎn)業(yè)化的必由之路。同時(shí)也是生物技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。 國(guó)內(nèi)外生物化工現(xiàn)狀： 目前全球已擁有年銷售額大于 10億美元的生物技術(shù)產(chǎn)品數(shù) 10個(gè)。到本世紀(jì)末，全球生物化工工業(yè)產(chǎn)品銷售額可達(dá) 1000億美元。僅美國(guó)從事生物技術(shù)制品生產(chǎn)的公司約1300多家，其中較大的生物制藥公司有 225家，年工業(yè)投資達(dá) 350億美元。 生物化工是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵，目前生物技術(shù)主要在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)及保健食品領(lǐng)域，但是生物化工在化學(xué)品的制備中發(fā)展是最快的，每年以 18％的速度發(fā)展，許多過去以化學(xué)法生產(chǎn)的化學(xué)品如丙烯酰胺等都開始采用生物法生產(chǎn)，可見生物化工在化學(xué)工業(yè)中的重要作用。 與傳統(tǒng)化學(xué)工業(yè)相比，生物化工的優(yōu)點(diǎn)： （ 1）原料可再生 （ 2）反應(yīng)條件溫和 （ 3）反應(yīng)專一性強(qiáng)，副反應(yīng)少 （ 4）生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化操作，可節(jié)省能源，減少環(huán)境污染 （ 5）可解決傳統(tǒng)生產(chǎn)方法和技術(shù)中難以解決的問題。 （ 6）可按照需要利用生物技術(shù)手段創(chuàng)造新物種、新產(chǎn)品以及其他有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的生命類型。 第二節(jié) 生物催化 生物催化是用生物催化劑來對(duì)底物進(jìn)行催化反應(yīng)，生物催化劑通常是完整細(xì)胞或酶。工業(yè)生物催化技術(shù)是生物技術(shù)應(yīng)用中一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，是生物技術(shù)革命的第三個(gè)浪潮。工業(yè)生物催化技術(shù)是生物學(xué)、化學(xué)和現(xiàn)代過程工程的綜合技術(shù)。 生物催化的優(yōu)缺點(diǎn) （ 1） 優(yōu)點(diǎn)： 工業(yè)催化在常溫、常壓下進(jìn)行反應(yīng)，具有投資少、耗能低以及溫室氣體排放量低的優(yōu)點(diǎn)，而且生物催化劑是微生物和蛋白質(zhì)，可生物降解，環(huán)境友好，具有極高的催化效率，并具有高度專一性，包括化學(xué)專一性和立體專一性等，能夠有效催化手性反應(yīng)等一般化學(xué)催化劑難以完成的反應(yīng)。 （ 2） 缺點(diǎn)： 生物催化劑在反應(yīng)介質(zhì)中往往不穩(wěn)定； 目前可用于工業(yè)化應(yīng)用的生物催化劑還太少； 生物催化劑開發(fā)的周期較長(zhǎng)。 生物催化劑的來源 生物催化的主要應(yīng)用方向 第三節(jié) 酶工程 酶 概念 ：酶是由生物體內(nèi)活細(xì)胞產(chǎn)生的一種具有高效性與專一性的生物催化劑，絕大多數(shù)為蛋白質(zhì)，少數(shù)為 RNA。 酶作為生物催化劑的特點(diǎn) ： ： 比非酶反應(yīng)要高 10^510^17，比非酶催化劑催化時(shí)要高 10^710^13，例如過氧化氫的分解，無催化劑時(shí)不反應(yīng)，用 Fe催化，其反應(yīng)速度不大，如果用過氧化氫酶催化此反應(yīng)，其速度會(huì)增加很多 無催化劑 Fe 過氧化氫酶 速度 不反應(yīng) 5mol/min 5 106mol/min ： 結(jié)構(gòu)專一性 絕對(duì)專一性 相對(duì)專一性 立體專一性 基團(tuán)專一性 鍵專一性 旋光異構(gòu)專一性 順反異構(gòu)專一性 絕對(duì)專一性 ：一種酶只催化特定的底物發(fā)生反應(yīng) ， 如：脲酶只催化尿素分解： H2N— CO— NH2 + H2O = 2NH3 + CO2 相對(duì)專一性：鍵專一性 酶對(duì)反應(yīng)鍵兩端的基團(tuán)都沒有特殊要求，如酯酶只要是酯鍵就可水解。 R C O C R 39。O 基團(tuán)專一性 :即酶對(duì)反應(yīng)鍵一端的基團(tuán)有絕對(duì)要 求，而對(duì)另一端的基團(tuán)則無特殊要求， 如葡萄糖苷酶，可以催化水解糖苷鍵，并且要求鍵的一端為葡萄糖，而另一端可以是任意糖。 葡萄糖 其它單糖 麥芽糖、果糖、葡萄糖 葡萄糖 其它單糖 立體專一性：旋光異構(gòu)專一性 L氨基酸氧化酶只催化 L氨基酸氧化 , 而對(duì) D氨基酸無作用 順反異構(gòu)專一性 : 如琥珀酸脫氫酶只催化產(chǎn)生反式結(jié)構(gòu)的丁烯二酸即延胡索酸。 琥珀酸 延胡索酸 + 2H + 2e+ CH 2 C O O HCH 2 C O O HCCH C O O HHH O O C： 酶的最佳作用條件是常溫、常壓、中性，如果條件發(fā)生改變，酶的催化活性則會(huì)降低。 ：酶的活性可在調(diào)節(jié)因子的作用下發(fā)生變化。 酶的組成： 根據(jù)組成：酶分為 簡(jiǎn)單酶 和 結(jié)合酶 簡(jiǎn)單酶： 只由蛋白組成的酶 ， 就是簡(jiǎn)單酶 。 輔助因子 無機(jī)離子 有機(jī)分子：輔酶、輔基 輔基和輔酶實(shí)際上沒有本質(zhì)的區(qū)別 ， 只是輔基與酶結(jié)合的作用力強(qiáng) ，而輔酶與酶的結(jié)合力弱 ， 實(shí)際上 ， 輔酶只有在參與催化時(shí)才與酶結(jié)合 。 全酶 酶蛋白 （決定專一性和高效率） 輔助因子 （決定反應(yīng)性質(zhì)） 結(jié)合酶 ：酶的組分中除了蛋白質(zhì)外，還有其他非蛋白成分。 根據(jù)分子結(jié)構(gòu)：可分為 單體酶、寡聚酶 和 多酶復(fù)合物 單體酶 ：只具有一條多肽鏈的酶； 特點(diǎn)：分子量較小。 寡聚酶 ：兩個(gè)或兩個(gè)以上的亞基組成的酶； 特點(diǎn)：亞基間以非共價(jià)鍵結(jié)合，容易在變性劑的作用下失活 。 多酶復(fù)合物 ：由幾種酶彼此嵌合形成的復(fù)合體； 特點(diǎn)：有利于細(xì)胞中系列反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行，催化效率高，便于 調(diào)控。 酶分為六類 催化底物中基團(tuán)（如：甲基、氨基、酰基等）轉(zhuǎn)移的酶類。如谷丙轉(zhuǎn)氨酶： AH2 + B A + BH2 如：乙醛氧化為乙酸 C OC H 2C H 2C O O HC O O HCHC H 2C H 2C O O HC O O HN H 2C OC O O HC H 3CHC O O HC H 3N H 2+ +谷氨酸 丙酮酸 ?— 酮戊二酸 丙氨酸 CH3— CHO+ H2O — → CH 3— COOH + 2H+ + 2e 催化底物發(fā)生水解反應(yīng)，如蛋白質(zhì)的水解 催化一個(gè)底物分解為兩個(gè)化合物或兩個(gè)化合物合成為一個(gè)化合物，如醛縮酶催化的反應(yīng) F— 1， 6— 2P 甘油醛
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1