酶應用研究進展

生物催化是利用酶或微生物細胞等作為生物催化劑進行催化反應的技術。與化學催化劑相比，酶作為生物催化劑具有以下優點：

反應一般在常溫、常壓和近于中性的條件下進行，投資小、能耗少，且操作安全性高；

具有極高的催化效率，比化學催化效率高10(7)-10(12)倍；具有高度專一性，酶對底物（反應物）和反應類型具有高度的選擇性，副產物極少，產物易于分離，能使許多用化學催化劑難以進行的反應得以實現，如可用于手性化技術中；酶催化劑本身是可生物降解的蛋白質，是理想的綠色催化劑。 　　

一、研究進展 　　酶工程是利用酶的生物催化作用，在反應器內進行物質轉化的技術。其應用范圍已涉及醫藥、化工、輕工、農業、環保等方面。國際上酶工程研究進展迅速，其產業化已取得很大進展。(剖析主流資金真實目的，發現最佳獲利機會！) 　　

1 改善酶的性能 　　運用基因工程技術改善酶的性能，可提高酶的產率，增加其穩定性，提高微生物的產酶能力，有效促進了酶工程的發展。現在丹麥諾和諾德公司用于生產酶制劑的菌種中約有80％是基因工程菌。 　　此外，采用溶劑工程和蛋白質工程改善有機相酶催化特性，在分子水平上改良酶的結構和功能。酶催化氣相反應技術的開發，伴有輔酶再生的多酶反應技術的開發，以及反膠團酶反應技術的開發將具有廣闊的應用前景。 　　

2.實現酶定向固定化 　　為了使生物催化劑能多次使用，工業上常用固定化技術，但由于酶蛋白通過幾種氨基酸殘基在固定化載體上附著，造成酶固定化后活性降低。可用多種的位點專一性固定化方法，使每一個酶蛋白分子通過1個特定的位點，以可重復的方式進行固定化，酶蛋白能以有序方式附著在載體的表面，實現酶的定向固定化，使活性的損失降到最低點。 　　

3.選擇不同反應介質 　　酶反應通常在以水為介質的系統或在非水系統內進行。親水性強的酶促反應中，酶分子所處的微環境必須存在薄層的水，約幾個水分子厚，以維持酶的活性和具有活性的空間結構。非水介質中酶促反應則具有下列優點：一些在水中不能進行的反應，有可能在非水介質中進行，有些酶在非水介質中較水中有高得多的活性，非水介質中酶的穩定性較高，酶易回收再用，回收反應產物比在水中容易。 　　

二、工業應用 　　生物催化劑在精細化學品市場中呈現出很高的增長率。據報道，1998年工業酶制劑的世界市場約16億美元，2000年已達20億美元，預計到2008年將達30億美元，年增長率6.5％。而用于精細化學工業和制藥工業的生物催化劑目前已達1億－1.3億美元，預計年增長率將達8％－9％。生物催化劑的增長主要是由于單一異構體化合物生產的強勁需求。目前，單一對映體藥物的世界市場年增長率達20％以上。手性藥物已成為國際新藥研究與開發的新方向之一，世界上正在開發的1200種新藥中有2／3是手性藥物，其中單一異構體占51％。預計2005年全世界新上市的化學藥品中將有60％為單一異構體。　

目前使用的工業催化劑有青霉素酰化酶、天冬酶、磷脂酶、氨轉移酶、醇脫氫酶、富馬酸酶以及固定化大腸桿菌等。用工業生物催化劑生產的產品已有L－苯丙氨酸、L－天冬氨酸、綜合氨基酸、L－亮氨酸、丙烯酸胺、L－蘋果酸、L－丙氨酸、6－氨基青霉烷酸、氨芐青霉素、頭孢氫芐等。部分產品在我國已有工業生產。 　　

生物催化劑用于手性合成、對映體拆分中，不僅可以催化多種化學反應，還可以合成結構復雜、具有生物活性的大分子和高分子化合物。同時可以避開化學法進行手性合成與拆分所需的手性源，以及產生的無效對映體和環保問題。為此，用生物催化方法進行化學合成又稱為"綠色合成"。目前，工業上利用生物催化劑進行生物合成與拆分生產的手性化合物已有14種，如L－多巴、S－1、2－戊二醇、L－薄荷醇、S－萘普森、D-β－羥基丁酸、R－苯乙酸基甲醇等。手性化合物在精細化工產品中占有重要地位，已用作醫藥、農藥、香料及功能性化學品的前體、中間體或最終產品，利用生物催化劑進行手性化合物的制備具有巨大的發展潛力。