《工业生物催化技术》PPT课件

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1、第二章工业生物催化技术生物技术产业化的三个浪潮医药生物技术（红色）农业生物技术（绿色）工业生物技术（白色）一概述医药生物技术产业1982年重组人胰岛素上市至2000年已有基于48种重组蛋白的117种基因工程药物上市，销售额达300亿美元，占药品市场的9%。2010年生物技术药物销售额达1500亿美元，占药品市场的25%。组织工程、基因治疗、分子和生物指纹诊断等生长点将形成新兴产业医药生物技术产业仍将是先导和主流农业生物技术产业1993年转基因西红柿上市1996年转基因大豆、玉米上市2002年全球转基因植物种植面积达5870万公顷，16个国家600万农民以种植转基因作

2、物为主预计到2020年全球转基因作物的种植面积将超过天然作物工业生物技术产业能源生物技术环保生物技术生物材料：聚交酯、聚乳酸、生物钢提升传统产业：化学工业、制药工业、发酵工业“美国21世纪发展规划”中预测到2020年生物催化技术将使化学工业的原材料单耗、能耗、水耗、污染排放和污染扩散均下降30%。二、工业生物催化技术的工业应用工业生物催化是工业生物技术产业的核心技术关键是使酶由细胞走向工业反应器生物催化的定义生物催化（biocatalysis）是利用生物催化剂(主要是酶或微生物)来改变(通常是加快)化学反应速度的作用。7生物催化的产生与发展远古时代酒的酝酿饴糖的制作豆类

3、做酱8酵母发酵的产物,是细胞内酶作用的结果在霉菌蛋白酶作用下,豆类蛋白质水解得豆酱和豆鼓,压榨后制得酱油用麦曲含有的淀粉酶将淀粉降解为麦芽糖91857年Pasteur提出酒精发酵是酵母细胞活动的结果。1897年Buchner兄弟证明不含细胞的酵母汁也能进行乙醇发酵。1926年Sumner首次从刀豆中提出脲酶结晶。1930年Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的结晶。J.B.SumnerJ.H.Northrop证明了酶是蛋白质某些RNA有催化活性（ribozyme，核酶）ThomasCechUniversityofColoradoatBoulder,U

4、SASidneyAltmanYaleUniversityNewHaven,CT,USA2人共同获1989年诺贝尔化学奖。生物催化剂的来源2312目前，少数生物催化剂是从动物肝脏或植物中提取的，多数来自于微生物细胞。除真核生物和单细胞酵母外，原核微生物是生物催化剂的主要来源。生物催化剂的分类克隆酶、遗传修饰酶蛋白质工程新酶……生物催化剂Biocatalyst蛋白质类：Enzyme(天然酶、生物工程酶)核酸类：Ribozyme;Deoxyribozyme模拟生物催化剂核酶脱氧核酶Enzyme(酶)－－是一类由活细胞产生的，对其特有底物具有高效催化作用的蛋白质生物催化酶的类别

5、生物催化酶14水解酶氧化还原酶转移酶异构酶裂合酶合成酶生物催化酶水解酶hydrolase(水解反应)水解酶催化底物的加水分解反应。主要包括淀粉酶、蛋白酶、核酸酶及脂酶等。例如，脂肪酶(Lipase)催化的脂的水解反应：氧化-还原酶催化氧化-还原反应。主要包括脱氢酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。如乳酸(Lactate)脱氢酶催化乳酸的脱氢反应。氧化还原酶Oxidoreductase(氧化还原反应)转移酶催化基团转移反应，即将一个底物分子的基团或原子转移到另一个底物的分子上。例如，谷丙转氨酶催化的氨基转移反应。转移酶Transferase（转移

6、反应）异构酶催化各种同分异构体的相互转化，即底物分子内基团或原子的重排过程。例如，6-磷酸葡萄糖异构酶催化的反应。异构酶Isomerase（异构反应）裂合酶催化从底物分子中移去一个基团或原子形成双键的反应及其逆反应。主要包括醛缩酶、水化酶及脱氨酶等。例如，延胡索酸裂合酶催化的反应。裂合酶Lyase合成酶，又称为连接酶，能够催化C-C、C-O、C-N以及C-S键的形成反应。这类反应必须与ATP分解反应相互偶联。A+B+ATP+H-O-H===AB+ADP+Pi例如，丙酮酸羧化酶催化的反应。丙酮酸+CO2草酰乙酸合成酶LigaseorSynthetase（加成反应）酶

7、的作用特点N2+6H++6e2NH3固氮酶常温、常压N2+3H22NH3Fe500℃,300大气压⑴酶对环境条件的敏感性：酶易失活，要求的反应条件温和，对环境条件敏感。NH3的合成在植物中通常是25℃和中性pH下由固氮酶催化完成，酶是由两个解离的蛋白质组分组成的一个复杂的系统，其中一个含金属铁，另一个含铁和钼，反应需消耗一些ATP(三磷酸腺苷)分子；工业上由氮和氢合成氨时，需在700-900K、10-90MPa下，还要有铁及其他微量金属氧化物作催化剂才能完全反应。酶催化的最适条件几乎都为温和的温度和非极端pH值(2)酶催化的高效性：酶具有