反应介质对酶选择性的影响

有机相酶催化是酶工程研究最活跃的领域之一。本文主要综述了反应介质对酶底物选择性、酶对映体选择性、酶前手性选择性、酶区域选择性及酶基因选择性的影响。     

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。     

有机介质中脂肪酶催化外消旋苯甘氨酸甲酯的对映体选择性氨解反应

由水解酶催化的酯的对映体选择性水解和醇解反应 ,已在外消旋物质的拆分中得到广泛应用[1 ] 。近年来的一些研究表明 ,某些水解酶还可催化一些非天然酰基受体的转化 ,如过氧化氢、烷基胺、联胺和氨等。这些非天然酰基受体的转化反应在多肽的合成及手性化合物的拆分中显示出巨大的应用前景。其中 ,以氨为酰基受体的酶促氨解反应 ,是继酶促对映体选择性水解、酯化及转酯反应之后的另一制备光学纯化合物的新反应[2 ] 。目前国际上对这一新反应的研究尚属起步 ,国内未见有对该反应研究的报道。(Ｄ ,Ｌ) 苯甘氨酸是半合成 β 内酰胺类抗生素的重…     

反应温度调控生物催化立体选择性的研究进展

立体选择性调控是手性生物催化的重要内容。反应温度调节作为一种简单、便捷的立体选择性调控方式已在生物催化制备手性化学品中发挥了重要作用。分析了温度引起酶立体选择性变化的机理,并综述了该方法在脂肪酶、酯酶、醇脱氢酶、青霉素G酰化酶和脱卤酶等酶催化反应中的应用。     

脂肪酶活性和选择性受溶剂不同物化参数控制

采用假单胞菌脂肪酶在不同溶剂中催化辛酸与外消旋２－辛醇间的不对称酯合成反应时发现,酶的催化活性和对映选择性分别受溶剂不同物化参数的影响。前乾与溶剂疏水性有较发孤相关关系;而后者与介电常数和偶极矩关联较好。通过反动力学研究和由此提出孤脂麦活性中心结构模型对上述现象作了合理的解释。     

高对映选择性环氧化物水解酶产生菌的筛选及特性研究

从土壤中分离的芽孢杆菌Bacillus megaterium ECU1001所产五氧化物水解酶能高对映选择性水解缩水甘油苯基醚（对映选择率E值可达47.8）,当转化率为55.9%时,剩余的（S）－缩水甘油苯基醚的光学纯度（对映体过量值,ee）可达99.5%;当底物浓度提高到60mmol/L时,光学纯（S）－缩水基油苯基醚的收率达到25.6%。     

植物与手性化合物的对映体选择性相互作用

植物与手性化合物存在着非常密切的联系.一方面,植物分泌、合成的一些手性化合物,如糖甙、酶、萜类化合物、有机酸及植物激素等,在植物的生理生化过程中起着重要的作用;另一方面,人工合成的手性化合物尤其是农药等环境污染物与植物具有对映体选择性相互作用,它们或是选择性地抑制植物的生长和生理过程,或是被植物选择性地吸收和代谢.因此,在开发、生产和使用手性化合物时需要考虑植物与对映体之间的选择性因素;同时,合理利用植物对手性污染物进行环境修复也具有重要意义.本文对植物与手性化合物相互作用中的对映体选择性进行了综述,并对手性污染物的植物修复进行了展望.     

视觉细胞反应中方向选择性和取向选择性成分的分离

运动的光刺激常被用于研究视觉神经细胞的方向和取向选择性.但是,在细胞的反应中,两种因素同时存在且混杂在一起; 以往的各种分析方法均因未能有效地解决这一问题而不够准确,对此我们给出了理论和实例证明.本工作引入正余弦函数系对实验数据作最优回归分析.拟合程度好于以往的方法.并且从根本上分离了反应中的方向和取向选择性成分.使对这两种性质的准确定量成为可能.本文对此方法的内在含义作出了解释,并提出了对方向、取向选择性及最优方向、取向的理解.     

利用磷酸盐还原反应进行生物除磷的研究

磷酸盐生物还原反应可用于生物除磷。将猪粪与一种厌氧污泥按质量比4：1混合作为接种物进行分批培养实验,考察培养始末总磷浓度的变化,从而研究厌氧生物除磷的条件。结果表明,在分批培养中,葡萄糖和蛋白胨分别是厌氧生物除磷的良好碳源和氮源;适宜的初始pH6．50,适宜的培养温度36℃。     

组合生物催化

自然界最有效的分子是由酶催化的反应所产生,并对这些产物进行自然选择,使其具有优化的生理活性,组合生物催化（Combinatorial Biocatalysis)利用酶反应的多样性,完成有机库（Organic Library)的反复合成,这些反复的反应,可以用分离的酶或全细胞,在天然或非天然的环境中、在溶液或固相中与底物进行反应。组合生物催化是组合方法的在药物发现和发展中产生和优化先导化合物（LeadCompound)的一个有力补充。     

工业生物催化技术

以蛋白质酶的工程应用为核心的工业生物催化技术,被认为是生物技术继生物医药和转基因植物之后的第三次浪潮。它的发展与应用将对人类的工业化学过程带来根本的变革。工业生物催化的兴起与以下的两个关键技术因素有密切的关系：(1)蛋白质定向进化技术的出现,(2)基因组学和蛋白质组学的发展。探讨了工业生物催化技术的现状和发展趋势,并对我国如何发展该领域的基础和应用研究提出一些见解。     

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。     

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。     

Controlled-release biocatalysis for the synthesis of D-phenylglycine

An isolated and immobilised aminotransferase cloned from Pseudomonas stutzeri ST-201 into Escherichia coli was used to synthesise d-phenylglycine. The reaction was characterised by an unfavourable equilibrium constant and substrate inhibition. The use of a controlled-release system via the use of Amberlite (IRA 400)-adsorbed benzoylformate proved a useful technique to circumvent these issues. This resulted in a four-fold improvement in product concentration achievable to yield a final d-phenylglycine concentration of 10.25 mg/ml.     

Whole-cell biocatalysis in organic media

The use of water-immiscible organic solvents in whole-cell biocatalysis has been exploited for biotransformations involving sparingly water-soluble or toxic compounds. These systems can overcome the problem of low productivity levels in conventional media due to poor substrate solubility, integrate bioconversion and product recovery in a single reactor, and shift chemical equilibria enhancing yields and selectivities; nevertheless, the selection of a solvent combining adequate physicochemical properties with biocompatibility is a difficult task. The cell membrane seems to be the primary target of solvent action and the modification of its characteristics the more relevant cellular adaptation mechanism to organic solvent-caused stress. Correlations between the cellular toxicity or the extractive capacities of different solvents and some of their physical properties have been proposed in order to minimize preliminary, solvent-selection experimental work but also to help in the understanding of the molecular mechanisms of toxicity and extraction. The use of whole cells in organic-media biocatalysis provides a way to regenerate cofactors and carry out bioconversions or fermentations requiring multi-step metabolic pathways; some processes already are commercially exploited. Immobilization can further protect cells from solvent toxicity, and has thus been effectively used in organic solvent-based systems. Several examples of extractive fermentations and other whole-cell bioconversions in organic media are presented.     

生物催化剂立体选择性的基因工程改造

野生型生物催化剂对于其天然底物通常具有较好的反应活性和选择性,但生物催化剂在有机合成中应用时多数情况下是非天然底物,这就要求对野生型生物催化剂进行改造,以提高其对非天然底物的反应活性、稳定性和选择性(包括区域选择性和立体选择性)。以下根据酶催化剂的类型总结了近几年来通过基因工程改变生物催化剂的立体选择性的最新进展,盼望起到抛砖引玉的作用,以此促进我国在这一领域的快速发展。     

非水酶学和非水相生物催化研究进展

近年来工业生物技术飞速发展,酶学和生物催化领域也取得突破性进展,特别在酶在非水相中活性及稳定性研究,耐溶剂生物催化剂的筛选、构建、修饰和改造,生物相容性和环境相容性好的绿色介质等方面取得了较大的进展。最近的研究热点和未来几年的研究方向主要为:基于基因组信息的耐溶剂酶的虚拟筛选和构建;基于自然界筛选新酶基因的耐溶剂酶重构和改造;离子液体等环境友好的绿色介质系统等几个方面。     

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。     

Enabling multienzyme biocatalysis using nanoporous materials

Multistep reactions catalyzed by a covalently immobilized enzyme-cofactor-enzyme system were achieved. Lactate dehydrogenase (LDH), glucose dehydrogenase (GDH), and cofactor NADH were incorporated into two porous silica glass supports. One of the glass supports had pores of 30 nm in diameter, while the other was of 100-nm pore size. Effective shuttling of the covalently bound NADH between LDH and GDH was achieved, such that regeneration cycles of NADH/NAD(+) were observed. The glass of 30-nm pore size afforded enzyme activities that were about twice those observed for the glass of 100-nm pore size, indicating the former provided better enzyme-cofactor integration. The effect of the size of spacers was also examined. The use of longer spacers increased the reaction rates by approximately 18 times as compared to those achieved with glutaraldehyde linkage. It appeared that the concave configuration of the nanopores played an important role in enabling the multistep reactions. The same multienzyme system immobilized on nonporous polystyrene particles of 500-nm diameter was only approximately 2% active as the glass-supported system. It is believed that the nanoporous structure of the glass supports enhances the molecular interactions among the immobilized enzymes and cofactor, thus improving the catalytic efficiency of the system.