生物信息学在工业生物催化研究中的应用

随着石油等不可再生资源的日益减少以及环境污染问题的日益严重,应用工业生物催化技术改造或取代传统化工工艺已经成为新世纪化学工业可持续发展的研究热点。工业生物催化技术的研究对象是生物催化剂及其催化过程。近来,利用生物信息学技术进行工业生物催化研究已经越来越受到人们的重视。随着工业生物催化的发展,生物信息学将直接指导并加快新型高效生物催化剂的发现及功能改造进程。     

生物催化剂发现与改造的研究进展

生物催化是指将酶或生物有机体用于有用的化学转化的过程,在人们对传统化学催化的环境影响抱有忧虑的情况下,生物催化提供了一种有吸引力的选择。在过去的几十年里,对生物催化剂的研究每出现一次大的进步,生物催化的发展就会出现一次高潮。因此,生物催化剂的发现与改造已成为当今研究的热点。宏基因组文库技术的出现克服了许多微生物不可培养的障碍,人们能够从自然资源中获得丰富的潜在的生物催化剂。而基于理性设计的分子改造技术的发展,可以使得人们对潜在的生物催化剂进行快速而有效的改造以满足工业化生产的需求。随着生物催化剂发现与改造的手段不断进步,更多的优良生物催化剂得到了广泛的应用,生物催化在工业生产中也得到了更深入的应用。结合作者的研究工作,总结了生物催化剂发现与改良的一些研究进展,以为获得更多优良的、能够实现工业应用的生物催化剂奠定理论基础。     

产业动向

我国现代生物工业产业群已经形成"十一五"期间,我国加大对生物化工技术领域的科研投入,在生物催化剂定向改造、规模化的生物催化技术系统、生物材料和生物能源等领域取得重要成果,现代生物工业产业群已经形成。     

宏基因组--生物催化剂的新来源

生物催化剂是工业生物催化的重要组成部分,宏基因组是生物催化剂的新来源。该文介绍了从宏基因组中寻找生物催化剂的主要步骤,着重描述了DNA的分离和目标克隆的筛选这两个关键技术,并列举了利用宏基因组技术所获得的生物催化剂．     

生物催化剂的发现及改造

生物催化剂是限制工业生物催化的重要瓶颈,发现新型生物催化剂或生物催化剂的新功能及新底物是目前的主要任务。实现该目标的方法有三种:(1)从环境样品中筛选,(2)利用蛋白质工程改造现有生物催化剂,(3)探寻现有生物催化剂的新功能。本文描述了上述三种方法的关键步骤及技术,其中重点介绍了高通量培养技术以及新近发展起来的半理性设计改造生物催化剂的技术。     

双水相生物催化技术的研究进展

双水相生物催化是一种高效且易于放大的生物催化技术,可以有效解决传统生物催化过程中产物浓度低、产物和副产物的抑制、以及生物催化剂难以回收等缺点。介绍了该技术的操作工艺及设备研究及其在抗生素、激素、肽类和有机化舍物酶法合成中的应用研究现状,展望了该技术的可能发展方向。     

手性医药化学品生物催化合成进展与实践

手性生物催化是利用生物催化剂对手性分子构型的识别能力进行选择性催化的新型物质加工过程,具有催化效率高、选择性强和反应条件温和等优势。近十年来,生物催化技术快速崛起,树立了多个大品种原料药过程替代的成功范例,成为手性医药化学品绿色制造不可或缺的重要工具。笔者分析了生物催化商业和学术发展的新动向,并结合笔者在手性药物生物催化合成的产业化开发实践,指出了今后的发展方向。     

以技术集成促进生物催化技术转移

生物催化研究和产业化都在迅速发展,但两者之间的联系并不紧密,成功的技术转移很少。缺乏集成研发平台成为生物催化技术转移的瓶颈。在国内相关企业的技术力量不足以进行技术集成的现状下,建议中国科学院建设酶工程集成研发平台,依托此平台企业和科研院所建立广泛的技术合作和技术转移关系,建立生物催化产业的产学研价值链。     

生物催化立体选择性氧化还原中存在问题及其发展策略

以立体选择性氧化还原酶或其全细胞催化的不对称氧化还原反应已经成为转化光学活性手性醇及其他手性化合物的有效手段。然而,生物催化氧化还原反应体系存在着催化活性与专一性、反应体系与催化稳定性等生物催化剂所固有的局限性问题,而且,生物氧化还原反应必需辅酶及其再生问题也是限制该转化途径产业化应用的一个重要因素。围绕上述生物催化立体选择性氧化还原中存在的关键问题,现代分子生物技术及反应工程的不断突破和发展为改善生物催化立体选择性氧化还原在催化剂本身和反应工程方面的局限性提供了有效的发展策略,为其进一步大规模产业应用提供了发展基础。     

Catilin公司开发海藻生物燃料

作为生物燃料催化剂技术公司的美国Catilin公司宣布,将在今后3年内为开发海藻生物燃料项目投资530万美元,建成美国能源部启动先进生物燃料研究的基础设施,成为先进生物燃料和生物产品国家联盟（NAABB）投入4400万美元的组成部分。其合作伙伴爱荷华州立大学催化中心（ISU—CCAT）将提供关键的抽提、获取和转化技术。     

RNA的生物催化功能及其研究进展

长期以来,我们一直认为生命过程中的所有化学反应是在生物催化剂——酶的作用下进行的,而所有的酶都是蛋白质或带有辅基的蛋白质。但近年研究发现,某些RNA分子也具有“酶”的生物催化功能,它们能在一定条件下催化自身或其它RNA分子发生化学反应。Cech(1981,1986)据此提出了RNA生物催化剂的概念,将这些具有酶活性的RNA称之为核酶(ribozyme)。本文简要介绍几种RNA分子的生物催化功能及其研究进展。     

工业生物催化技术在绿色精细化学品合成中的机遇

生物催化技术具有反应条件温和、专一性强、环境友好等特点,是传统化学方法无法比拟的。本文从生物催化技术的特点及其在精细化学品合成中的应用现状出发,从产品战略、技术策略等方面提出生物催化技术应用的方向与目标：生物催化与有机合成技术的集成、交叉将会是未来生物催化技术发展的重要方向;有机合成技术为生物催化技术的发展、应用指明并提供了更多技术、产品及产业机会。     

有机化合物生物催化研究进展

随着近十几年来工业生物技术的发展,有机化合物的生物催化也取得了飞速的进步.近几年的研究集中在:新生物催化剂的筛选和酶的定向改造;非水相生物催化中酶有机溶剂耐受性的增强和非传统介质的应用;生物催化在手性化合物,药物等精细化学品领域的应用;组合生物催化作为组合化学和生物催化相结合而成的一个新技术生长点,并取得一定的进展,为新药的开发提供一种切实可行的方法.     

Ribozyme与基因表达

Ribozyme指一类具有生物催化功能的RNA,也称RNA催化剂、在化学本质上,它不同于具有生物催化功能的蛋白质--酶(enzyme),Ribozyme发现于80年代初,近十年来,ribozyme研究进展深化了生物催化理论,提出了生物大分子和生命起源的新概念。     

手性技术与生物催化

简要介绍了手性,手性技术与生物催化的基本概念。手性,是指一个有机分子具有不对称性,形成两种空间排布方式不同的对映异构体。手性技术即生产手性化合物的技术,手性化合物的制备方法主要有手性源、外消旋体拆分、不对称合成等几种。生物催化,即利用酶或微生物等生物材料催化进行某种化学反应,被认为是手性化合物生产取得突破的关健技术。文章还介绍了生物催化外消旋体拆分、生物催化不对称合成等几种生产手性化合物的应用实例。     

生物催化剂研发及生物催化技术的产业化

资源危机与环境压力已经成为现代人类社会实现可持续发展的主要瓶颈,着眼于发展环境友好、过程高效的工业生物技术,有望对社会发展产生巨大的引领和带动作用,工业生物技术的发展将成为解决能源、环境和资源问题的关键,而生物催化是工业生物技术的核心技术.本文介绍了生物催化在工业可持续发展中的地位,国内外研究进展及其影响,并对新型生物催化剂的发现与新的催化功能的开发应用实例进行了介绍.     

生物催化与生物转化研究进展

由于生物催化过程具有高效、高选择性、条件温和、环境友好等优点,因此成为可持续发展过程中替代和拓展传统有机化学合成的重要方法。近两年的进展集中于新生物催化剂的发现和改造,以及将生物催化和生物转化应用于工业过程的探索,包括开发新的反应体系,新的固定化方法等。可以预见,在医药中间体等高附加值化工产品的生产过程中,生物催化和生物转化的应用将呈现加速增长趋势。     

迅速发展中的不对称生物催化技术

本文概述了生物催化技术近年来迅速发展的背景、现状和前景,特别谈到酶在手性合成领域的广泛应用;结合国内外实例,分别介绍了生物催化的不对称氧化还原反应和水解酶催化的对映选择性合成两个主要方面的研究与开发动态.     

生物催化技术研究现状和发展趋势

正生物催化技术是当今国际科技发展的热点,将继信息技术后引领新一轮的全球科技革命。文章介绍了近年来国内外生物催化技术的最新研究进展和发展趋势,包括生物催化剂的发现与改造、生物催化机理、生物合成反应的设计与调控、生物催化系统的设计和构建,以及生物催化技术的工业应用实例等。     

不稳定的有机物在固定化生物催化剂内扩散系数的测定

为了研究固定化生物崔化剂的反应工程问题,需要反应物和产物在崮定化生物催化剂内扩散系数的数据。生物催化剂所催化的反应常涉及不稳定物质。测定不稳定物质在生物催化剂内扩散系数的方法迄今未见报道。本文推导出一维稳态扩散降解方程,并据此实验测定了不稳定物质——青霉素G以及6－APA和PAA在圈定化细胞内的扩散系数。