《环境生物》PPT课件

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1、第一节概述1.1生物化工的简单介绍：生物化工是生物学技术和化学工程技术相互融合的新型学科，它以生物来源的物质为原料，通过生物活性物质为催化剂使其转化，或用其他生物技术进行制备、纯化，从而得到我们预期的产品。生物化工作为生物技术下游过程的支撑学科，对生物技术的发展和产业的建立起着十分重要的作用，它是基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程走向产业化的必由之路。同时也是生物技术的一个重要组成部分。1.2国内外生物化工现状：目前全球已拥有年销售额大于10亿美元的生物技术产品数10个。到本世纪末，全球生物化工工业产品销售额可达1000亿美元。仅美国从事生物技术制品生产的公司

2、约1300多家，其中较大的生物制药公司有225家，年工业投资达350亿美元。生物化工是生物技术产业化的关键，目前生物技术主要在医药、农业及保健食品领域，但是生物化工在化学品的制备中发展是最快的，每年以18％的速度发展，许多过去以化学法生产的化学品如丙烯酰胺等都开始采用生物法生产，可见生物化工在化学工业中的重要作用。1.3与传统化学工业相比，生物化工的优点：（1）原料可再生（2）反应条件温和（3）反应专一性强，副反应少（4）生产工艺简单，可实现连续化操作，可节省能源，减少环境污染（5）可解决传统生产方法和技术中难以解决的问题。（6）可按照需要利用生物技术手段创造新

3、物种、新产品以及其他有经济价值的生命类型。第二节生物催化生物催化是用生物催化剂来对底物进行催化反应，生物催化剂通常是完整细胞或酶。工业生物催化技术是生物技术应用中一个关键领域，是生物技术革命的第三个浪潮。工业生物催化技术是生物学、化学和现代过程工程的综合技术。2.1生物催化的优缺点（1）优点：工业催化在常温、常压下进行反应，具有投资少、耗能低以及温室气体排放量低的优点，而且生物催化剂是微生物和蛋白质，可生物降解，环境友好，具有极高的催化效率，并具有高度专一性，包括化学专一性和立体专一性等，能够有效催化手性反应等一般化学催化剂难以完成的反应。（2）缺点：生物催化剂

4、在反应介质中往往不稳定；目前可用于工业化应用的生物催化剂还太少；生物催化剂开发的周期较长。2.2生物催化剂的来源2.3生物催化的主要应用方向第三节酶工程3.1酶概念：酶是由生物体内活细胞产生的一种具有高效性与专一性的生物催化剂，绝大多数为蛋白质，少数为RNA。3.1.1酶作为生物催化剂的特点：1.高效率：比非酶反应要高10^5-10^17，比非酶催化剂催化时要高10^7-10^13，例如过氧化氢的分解，无催化剂时不反应，用Fe催化，其反应速度不大，如果用过氧化氢酶催化此反应，其速度会增加很多无催化剂Fe过氧化氢酶速度不反应5mol/min5×106mol/min

5、绝对专一性2.高度专一性：结构专一性相对专一性基团专一性键专一性立体专一性旋光异构专一性顺反异构专一性绝对专一性：一种酶只催化特定的底物发生反应，如：脲酶只催化尿素分解：H2N—CO—NH2+H2O=2NH3+CO2相对专一性：键专一性酶对反应键两端的基团都没有特殊要求，如酯酶只要是酯键就可水解。ORCOCR'基团专一性:即酶对反应键一端的基团有绝对要求，而对另一端的基团则无特殊要求，如葡萄糖苷酶，可以催化水解糖苷键，并且要求键的一端为葡萄糖，而另一端可以是任意糖。葡萄糖其它单糖葡萄糖其它单糖麦芽糖、果糖、葡萄糖立体专一性：旋光异构专一性L-氨基酸氧化酶只催化L

6、-氨基酸氧化,而对D-氨基酸无作用顺反异构专一性:如琥珀酸脱氢酶只催化产生反式结构的丁烯二酸即延胡索酸。HCOOHHCCOOHC2++-2H+2eHCCOOHC2HOOCH琥珀酸延胡索酸3.对环境条件敏感：酶的最佳作用条件是常温、常压、中性，如果条件发生改变，酶的催化活性则会降低。4.活性可调：酶的活性可在调节因子的作用下发生变化。3.1.2酶的组成：根据组成：酶分为简单酶和结合酶简单酶：只由蛋白组成的酶，就是简单酶。结合酶：酶的组分中除了蛋白质外，还有其他非蛋白成分。辅助因子全酶酶蛋白（决定专一性和高效率）（决定反应性质）无机离子辅助因子有机分子：辅酶、辅基辅

7、基和辅酶实际上没有本质的区别，只是辅基与酶结合的作用力强，而辅酶与酶的结合力弱，实际上，辅酶只有在参与催化时才与酶结合。根据分子结构：可分为单体酶、寡聚酶和多酶复合物单体酶：只具有一条多肽链的酶；特点：分子量较小。寡聚酶：两个或两个以上的亚基组成的酶；特点：亚基间以非共价键结合，容易在变性剂的作用下失活。多酶复合物：由几种酶彼此嵌合形成的复合体；特点：有利于细胞中系列反应的连续进行，催化效率高，便于调控。3.1.3酶分为六类1.氧化还原酶类AH2+BA+BH2如：乙醛氧化为乙酸CH3—CHO+H2O—→CH3—COOH+2H++2e-2.转移酶类催化底物中基团（

8、如：甲基、氨基、酰基等）