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生物化工技术 祝思频01020304生物化工技术Bio-chemical technology生物催化剂Biocatalyst生物催化剂进展Advances in biological catalysts 生物催化剂改造进展Advances in modification of biological catalystsCONTENT0201生物化工技术PART ONEBio-chemical technology利用生物技术结合化学工程原理进行化学品的加工生产过程。能源生物工程.基因工程和组织工程生物制药酶工程与酶制剂生物催化生物化工领域生物化工涉及的主要领域21世纪生物化工发展框架02生物催化剂BiocatalystPART TWO生物催化生物催化剂工业用生物催化剂概念 生物催化利用酶或者生物有机体（细胞、细胞器、组织等）作为催化剂进行化学转化的过程生物反应过程中起催化作用的游离或固定化细胞的总称生物要发光需要体内的酶参与生物催化剂游离或固定化的酶或活细胞的总称 工业生物催化剂生物催化剂来源从动物肝脏或植物中直接提取一来自微生物细胞二原核微生物三几大特点与传统的化学催化相比，生物催化具有显著的优势生物催化剂效率高高度专一清洁环保条件温和特点高度专一特点效率高条件温和1、在有机合成方面的应用2、在食品工业中的应用3、在医学中的应用生物催化剂的应用03生物催化剂进展 Advances in biological catalystsPART THREE 高污染、高能耗化学催化 低污染、低能耗生物催化三种方法：1、基于微生物培养的筛选2、宏基因组文库技术3、基因组挖矿技术转向转向克隆 总DNA（宏基因组）构建文库和筛选 生理活性物质生理活性物质 或或设计引物 遗传多样性和分子生态学信息宏基因组学宏基因组学优点：避开了微生物分离培养问题，扩展利用空间。避开了微生物分离培养问题，扩展利用空间。缺点：筛选工作量非常大筛选工作量非常大因此 筛选酶的研究也主要集中在那些底物水解后能形成明显的透明筛选酶的研究也主要集中在那些底物水解后能形成明显的透明圈或者是结合了某种染料的底物被水解后能形成透明圈的酶类。圈或者是结合了某种染料的底物被水解后能形成透明圈的酶类。这一术语已被用于多种领域，主要是指开发基因组信息以发现一些新的过程、靶点和产物。基因组挖矿技术04生物催化剂改造进展Advances in modification of biological catalystsPART FOUR 活性较低、受限于极端环境活性较低、受限于极端环境 酶分子改造成为热点 定向进化定向进化 计算机辅助的理性改造计算机辅助的理性改造生物催化剂改造的必要性以随机突变为核心以随机突变为核心 人为引发：人为引发：突变库的构建、定向选择。目的：目的：使目标蛋白较短的时间完成进化过程。特点：特点：非理性的突变方法，它不需要知道酶的结构与功能特性。包括：包括：1、易错PCR 2、点饱和突变 3、DNA改组一、定向进化改变PCR反应条件调整突变频率，降低聚合酶固有的突变序列的倾向性，提高突变谱的多样性，得到随机突变的DNA群体，最后用合适的载体克隆突变基因。关键：关键：合适突变频率的选择理想的碱基置换率和易错的最佳条件主要依赖于突变的DNA片段的长度片段的长度。易错PCR将欲突变的位点分别用其它将欲突变的位点分别用其它19种氨基酸进行替代种氨基酸进行替代需要构建较多的突变体，工作量仍然较大，同样也需要较灵敏需要构建较多的突变体，工作量仍然较大，同样也需要较灵敏的蹄选方法的蹄选方法点饱和突变点饱和突变点饱和突变DNA改组 DNA分子的体外重组，是基因在分子水平上进行有性重组。通过改变单个基因(或基因家族)原有的核苷酸序列，创造新基因，并赋予表达产物以新功能。与易错RCR：改组发生更大程度的改变 同源改组非同源改组DNA改组 介于定向进化与理性设计之间的一种方法。当一个酶的结构(尤其是酶与底物复合物的结构)被测定以后，研究者可以更深入地研究酶与底物的作用关系，进而可以进行基于结构分析的半理性设计。若再结合前人成功改造的经验可以大大提高改造的成功率，降低改造的工作量和成本。此外，将一些性能优良的酶的序列和/或结构与目标酶进行仔细比对分析，也能获得一些模糊的结构与功能关系，根据这些信息研究者也能缩小突变位点的范围，进一步可以大大缩小突变库的容量，显著提高有益突变体的概率，降低筛选的工作量。二、半理性设计随着计算生物学、分子生物学及其它物理和化学辅助检测技术的进一步发展，研究者对蛋白质的结构与功能的认知也更加深人。此外，相关数据库的信息也越来越丰富。这些技术和信息为分子改造提供了更多的参考及依据，使得蛋白质的分子改造更为理性。目前，常用的辅助蛋白质分子理性改造的软件或方法主要有：1、多模板同源建模、多模板同源建模2、分子对接、分子对接3、分子动力学模拟等、分子动力学模拟等三、计算机辅助的理性设计1、生物催化备受关注。2、提高目标酶的命中率、降低工作量及节省工作时间。3、这些技术存在一定的缺陷。4、更多酶的三维结构被测定5、酶的缺陷设计流程 人为的改造酶，以适合生产的需求 生物催化也定会迎来第四次的发展浪潮第四次的发展浪潮。结论与展望