手性医药化学品生物催化绿色制造

生物催化具有选择性强、催化效率高、反应条件温和、环境友好等优点,广泛应用于传统化学方法不能或者不易合成的手性化合物的生产过程中,已成为化学合成法的一种重要补充。同时,生物催化能够更好地解决资源、能源和环境方面的压力,维持和谐的生态环境,促进工业的可持续发展。近年来,生物催化技术已在手性医药化学品产业化生产中得到了广泛的应用,有效地实现了手性医药化学品的绿色制造。本文就生物催化介入的手性医药化学品的产业化技术和过程进行介绍。     

脂肪酶及其在化学品合成中的应用

脂肪酶催化过程具有高效和高选择性、条件温和以及环境友好等特点。目前可再生能源和绿色化工领域对新型酶催化转化技术的迫切需求使得越来越多的脂肪酶被应用到生物柴油、精细化学品和医药中间体合成的领域。本文主要介绍了脂肪酶的催化技术及其在化学品合成中的应用。     

化学品生物合成专刊序言

以酶及微生物细胞催化剂结合工程学方法将廉价、废弃原料进行高效生物转化可实现化学品的可持续生产。近年来,合成生物学、系统生物学及酶工程等技术的快速发展大大推动了化学品的可持续生物制造,既实现了多种新型化学品的生物合成,又显著提高化学品的生物合成效率。为展示化学品生物合成的最新进展并促进绿色生物制造的发展,《生物工程学报》特组织出版化学品生物合成专刊,从酶催化与生物合成机制、微生物细胞合成、一碳生物炼制以及关键核心技术等方面,介绍化学品生物合成的最新前沿、挑战以及潜在解决方案。     

酶及其生物催化技术的研究与应用

与传统化学催化工艺相比,基于酶的生物催化工艺具有反应条件温和、环境友好、操作简便、立体选择性优良等优势。当前已有多个生物催化工艺应用于生产精细大宗化学品和高附加值医药中间体,此外在食品、化妆品等领域也有广泛的应用。主要综述了酶及其生物催化技术的研究进展,包括酶序的构建、酶的定向进化,以及酶与生物催化技术在大宗化学品、医药中间体、食品、化妆品、纺织以及纸浆造纸工业中的应用。     

酶制剂对生物化学品工业生产过程的影响

文章简单回顾了近年来生物催化,主要是酶催化的进展,着重以几个实例说明工业酶制剂在大宗化学品的生产、生物转化上的应用及其对生产过程的影响,并对未来酶制剂在生物催化和生物转化方面的发展进行了展望。     

手性医药化学品的绿色生物合成

手性在自然界中普遍存在,与生命现象密切相关,也显著影响物质的性能。手性医药化学品的化学合成存在原子经济性、过程经济性差、环境污染和资源浪费严重等问题。生物合成技术具有过程绿色、选择性好等优势。近年来,生物合成技术在手性医药化学品合成关键酶的选择、催化机制解析、光学纯手性中间体合成途径构建、工艺开发及放大生产等方面均取得长足进步,有望解决手性中心构筑复杂、光学纯度低、污染大等手性化学品制造的瓶颈问题,推动我国医药行业的绿色可持续发展。本文主要总结了中国科学院天津工业生物技术研究所成立以来在手性医药化学品生物催化合成方面的一些研究进展。     

酰胺酶的挖掘及在有机合成中的应用进展

酰胺酶是一类作用于分子内酰胺键,催化酰胺水解生成相应的羧酸和氨的重要生物催化剂。酰胺酶的广底物谱,高度化学、区域和立体选择性等特性,使其在制备医药及农用化学品等方面占有重要地位。根据氨基酸序列的差异,酰胺酶可分为酰胺酶标签家族和腈水解酶家族两大类。本文结合笔者研究团队在酰胺酶生物催化领域的研究工作,综述了近年来酰胺酶结构解析和催化机制等方面的研究进展,并介绍了酰胺酶在医药、农用化学品合成中的应用。     

生物质催化转化制备呋喃基化学品和酚类化合物

生物质转化制备精细化学品是解决石油能源危机的重要途径之一。其中,纤维素及半纤维素转化合成呋喃基化学品与木质素转化制酚类化合物是主要的反应路线,特别是借助催化技术加速生物质转化更是当今化学领域的研究重点;依据催化反应体系的不同,对近年来用于生物质催化转化的反应媒介以及催化剂研究进展进行了综述,并对未来生物质催化转化研究方向的发展前景进行了展望。     

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。     

精细化学品的生物合成

正精细化学品在所有化学品中的占比是一个国家化学工业发展水平的重要标志。目前,我国已经成为全球最大的精细化学品供应国。但是,当前的精细化工产业还普遍存在技术落后、环境污染比较严重的问题。进入21世纪,以蛋白质工程和合成生物学等为代表的现代生物技术的进步,为高性能工业生物催化剂的开发提供了有效手段。酶或全细胞催化技术已经在医药化学品、食品和饲料添加剂、农药及其中间体、日用化学品、助剂等精细化学品生产领域展示出强大的竞争力和巨大的发展潜力,生物制造有望成为精细化学品产业发展的重要方向。根据应用领域,分别介绍了近年来生物合成技术在各类精细化学品制造方面取得的典型进展。     

甲烷生物利用及嗜甲烷菌的工程改造

作为来源广泛、储量丰富的有机碳一气体,甲烷被认为是下一代工业生物技术中最具潜力的碳原料之一。嗜甲烷菌能够利用其体内的甲烷单加氧化酶,将甲烷作为唯一的碳源和能源进行生长和代谢,这为温室气体减排及其开发利用提供了新的策略。目前,嗜甲烷菌生物催化体系的相关研究已开展多年,随着系统生物学和合成生物学的快速发展,利用代谢工程合理改造嗜甲烷菌代谢途径以提高甲烷转化效率,已经实现了生物转化甲烷制备多种大宗化学品和生物燃料。本文详细讨论并介绍了嗜甲烷菌催化氧化甲烷的相关代谢途径、高效细胞工厂构建及部分化学品生物合成的最新研究进展,并对甲烷生物转化未来的发展方向和面临的技术挑战进行了讨论和展望。     

90年代的生物催化

由于生物催化具有独特的优点,因此在制药、精细化工、日用化学品、食品添加剂及新材料生产中都具有很大的使用价值和应用潜力。1991年在美国召开了“90年代生物催化”国际会议,集中讨论了有关科技领域中生物催化剂 的发现、设计和应用等诸方面的新进展。     

"生物催化"专辑卷首语

生物催化是一个由有机化学、生物化学、微生物学和过程工程学等多学科交叉的研究领域。生物催化技术与产业表明,它将传统的化学化工原理与现代生物技术完美地融为一体,具有条件温和、高效专一、环境友好等鲜明特征,生物催化技术符合“绿色化工”要求。生物催化技术已被看作是对传统发酵与化学化工产业改造极为重要的技术之一,它向精细化学品、大宗化学品、能源、材料等领域的渗透日趋明显,成为发酵与化工行业中最活跃的一部分,并将担当起实现绿色生物制造和有效解决资源环境问题的重要责任。同时已成功产业化的生物催化技术也已产生显著的经…     

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。     

一株从红藻中分离出的产芳基硫酸酯酶的海单胞菌FW-1的全基因组测序及结果分析（英文）

【目的】海单胞菌Marinomonas sp. FW-1是1株经验证可以获得高活性芳基硫酸酯酶的菌株。为深入研究FW-1菌株产芳基硫酸酯酶机制,进一步筛选高活性的芳基硫酸酯酶基因片段,有必要解析FW-1菌株的全基因组序列信息。【方法】本研究采用高通量测序技术对FW-1进行全基因组测序,使用相关软件对测序数据进行基因组装、基因预测与功能注释、COG聚类分析等。结合异源表达的方法对其不同基因片段所产生的芳基硫酸酯酶活性进行分析。【结果】全基因组测序结果表明该基因组大小为3964876 bp,GC含量为44.03%,编码3590个蛋白基因,含有78个tRNA和25个rRNA操纵子。从全基因组测序结果中找到22个可能具有芳基硫酸酯酶活性的基因,对其中4个进一步异源表达后发现FW-1中至少含有的3个具有芳基硫酸酯酶活性的基因,其均含有芳基硫酸酯酶的特异性氨基酸基团C-X-P-X-R基团。【结论】本研究首次报道了1株含有多个芳基硫酸酯酶基因序列的菌株FW-1的全基因组序列,分析了基因组的基本特征,为芳基硫酸酯酶的进一步应用提供了思路。     

一株从红藻中分离出的产芳基硫酸酯酶的海单胞菌FW-1的全基因组测序及结果分析

【目的】海单胞菌Marinomonas sp. FW-1是1株经验证可以获得高活性芳基硫酸酯酶的菌株。为深入研究FW-1菌株产芳基硫酸酯酶机制,进一步筛选高活性的芳基硫酸酯酶基因片段,有必要解析FW-1菌株的全基因组序列信息。【方法】本研究采用高通量测序技术对FW-1进行全基因组测序,使用相关软件对测序数据进行基因组装、基因预测与功能注释、COG聚类分析等。结合异源表达的方法对其不同基因片段所产生的芳基硫酸酯酶活性进行分析。【结果】全基因组测序结果表明该基因组大小为3964876 bp,GC含量为44.03%,编码3590个蛋白基因,含有78个tRNA和25个rRNA操纵子。从全基因组测序结果中找到22个可能具有芳基硫酸酯酶活性的基因,对其中4个进一步异源表达后发现FW-1中至少含有的3个具有芳基硫酸酯酶活性的基因,其均含有芳基硫酸酯酶的特异性氨基酸基团C-X-P-X-R基团。【结论】本研究首次报道了1株含有多个芳基硫酸酯酶基因序列的菌株FW-1的全基因组序列,分析了基因组的基本特征,为芳基硫酸酯酶的进一步应用提供了思路。     

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。     

微囊载体固定化多酶的研究进展

多酶催化是利用多种生物酶构建反应体系或网络,在生物体外实现化学品的合成。在生物制造过程中,多酶的共固定化有利于提高酶的稳定性和重复使用率,更利于多酶间的协同催化。在精准调控下,多酶固定化载体的微囊材料有望实现多酶协同催化性能的最大化。本文中,笔者分析了微囊体系的特点,综述了微囊材料及其固定化多酶的优缺点,总结了微囊多酶固定化体系的应用案例,探讨了其未来发展和应用前景,以期为后续的研究提供参考和指导。     

精细化学品生物制造

正近年来发展迅速的生物制造技术由于效率高、反应条件温和、副反应少、生产安全性高等优势,为传统的精细化工生产带来了新的动力和生命。本期"精细化学品生物制造"专题邀请浙江大学化学工程与生物工程学院、工业生物催化国家地方联合工程实验室、华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室、江南大学、北京化工大学资源有效利用国家重点实验室等行业知名专家,围绕生物制造技术在精细化学品及其医药化学品、食品及饲     

生物催化氨基酸C—N裂解反应的研究进展

氨基酸脱氨酶能催化系列氨基酸C—N裂解反应生成对应的α 酮酸和氨,是代谢途径及生物催化的重要酶.综述了近年来催化氨基酸C—N裂解反应的5'磷酸吡哆醛介导的苏氨酸脱氨酶、黄素腺嘌呤二核苷酸介导的L氨基酸脱氨酶和L氨基酸氧化酶,以及这些关键酶应用于多酶级联反应中以生产α 羟基酸、α 酮酸、D氨基酸等精细化学品的研究进展.此...