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生物催化與轉(zhuǎn)化的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

生物催化就是酶催化。生物轉(zhuǎn)化就是應(yīng)用酶或微生物細(xì)胞進(jìn)行合成的技術(shù)。

微生物在生物催化的手性合成中有著重要的用途，它能提供廉價和多樣的生物催化劑-酶，或以完整細(xì)胞直接進(jìn)行生物催化，后者又稱為微生物生物轉(zhuǎn)化。微生物可產(chǎn)生多種酶，能催化多種非天然有機(jī)物發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)，有些反應(yīng)是化學(xué)法難以或不可能完成的化學(xué)反應(yīng)。微生物生物轉(zhuǎn)化法的優(yōu)點(diǎn)是不需要酶的分離純化和輔酶再生；缺點(diǎn)是副產(chǎn)物可能較多，產(chǎn)物的分離純化比較麻煩。微生物生物轉(zhuǎn)化法已在些有機(jī)酸、氨基酸、核苷酸、抗生素、維生素和甾體激素等方面實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。微生物生物轉(zhuǎn)化法是利用微生物中特定的酶將人工合成的非天然化合物進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化液經(jīng)分離純化可得所需產(chǎn)品的過程。生物轉(zhuǎn)化法與直接發(fā)酵法的本質(zhì)相同，皆屬酶催化的反應(yīng)，但前者為單酶或少數(shù)幾種酶的高密度轉(zhuǎn)化，而后者為多酶低密度轉(zhuǎn)化。兩者相比，生物轉(zhuǎn)化法工藝簡單，產(chǎn)物濃度高，轉(zhuǎn)化率及生產(chǎn)效率高，副產(chǎn)物少。

底物酶微生物產(chǎn)物，甲醛羥基甲烷基轉(zhuǎn)化酶甲基桿菌屬L肉桂酸苯轉(zhuǎn)氨酶紅酵母菌屬L苯DL肉毒堿酰胺酰胺酶假單胞菌屬L肉毒堿丙烯腈睛水合酶玫瑰色紅球菌丙烯酰胺丙烯腈臘水解酶玫瑰色紅球菌丙烯酸，烯烴鏈烯單加氧酶珊瑚諾卡氏菌手性環(huán)氧化合物外消旋1，2戊二醇乙醇脫氨酶和還原酶假絲酵母屬S1，2戊二醇CpC（頭孢烷酸）D氨基酸氧化酶，酸化酶基因工程菌7氨基頭孢烷酸（7ACA）脫氧酶簡單節(jié)桿菌氧化

微生物種類多，含酶豐富，利用微生物可進(jìn)行多種生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)。微生物生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)的特點(diǎn)是具有高度選擇性，尤其是立體選擇性，可順利地完成般化學(xué)方法難以實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)，如甾體、類與生物堿等有機(jī)化合物中的非活潑氫的羥化反應(yīng)等；反應(yīng)條件溫和，尤其適用于不穩(wěn)定化合物的制備。微生物生物轉(zhuǎn)化既可以采用游離的細(xì)胞，也可以使用固定化的細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

生物催化與生物轉(zhuǎn)化是生物學(xué)、化學(xué)、過程工程科學(xué)的交叉域，其核心目標(biāo)是大規(guī)模采用微生物或酶為催化劑生產(chǎn)化學(xué)品、醫(yī)藥、能源、材料等，是終建立在生物催化基礎(chǔ)上的新物質(zhì)加工體系。同時，生物催化和轉(zhuǎn)化的研究是我參與生物技術(shù)際競爭的個難得的機(jī)遇和切入點(diǎn)，是我生物技術(shù)應(yīng)用研究的個戰(zhàn)略重點(diǎn)。

現(xiàn)以L苯的酶法生產(chǎn)為例說明生物催化。目前已篩選到了具有高轉(zhuǎn)氨酶活性的大腸桿菌（E.coli），經(jīng)卡拉膠包埋固定化，該菌可以連續(xù)合成L苯，產(chǎn)率可達(dá)59.6g-L-1。有人對具有L苯氨解酶酶活的深紅酵母（Rhodotorula rubra）轉(zhuǎn)化反式肉桂酸生產(chǎn)L苯的工藝做了研究，結(jié)果表明，用卡拉膠固定化的該菌株可將77.7%的反式肉桂酸轉(zhuǎn)化為L苯。目前，L苯的酶法生產(chǎn)已經(jīng)工業(yè)化。

巨大的社會需求和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，有力地推動了新代工業(yè)生物技術(shù)的快速發(fā)展。目前，生物催化與生物轉(zhuǎn)化技術(shù)正在迅速向藥物創(chuàng)制域滲透，并將成為我藥物源頭創(chuàng)新有希望的技術(shù)之。設(shè)計和構(gòu)建定向生物催化與生物轉(zhuǎn)化過程體系，為新藥的大規(guī)模制造提供理論指導(dǎo)?；谏镛D(zhuǎn)化與生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)的多樣性，篩選出有價值的定向生物催化與生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)及其相應(yīng)的高效生物催化劑（酶），然后利用酶工程技術(shù)、細(xì)胞工程技術(shù)、基因工程技術(shù)、代謝工程技術(shù)和過程工程技術(shù)等，構(gòu)建基于單酶、多酶或全細(xì)胞催化的高效的定向生物催化與生物轉(zhuǎn)化過程體系。例如可以將低活性的廉價人參二醇組皂苷定向轉(zhuǎn)化為具有高抗腫瘤活性的和Rh2等。