生物催化劑能催化特定化學反應的蛋白質(zhì)、RNA或它的復合體，能通過降低反應的活化能加快反應速度，但不改變反應的平衡點。絕大多數(shù)酶的化學本質(zhì)是蛋白質(zhì)。具有催化效率高、專一性強、作用條件溫和等特點。酶催化作用實質(zhì)：降低化學反應活化能 高效性：酶的催化效率比無機催化劑更高，使得反應速率更快；專一性：一種酶只能催化一種或一類底物，如蛋白酶只能催化蛋白質(zhì)水解成多肽；多樣性：酶的種類很多，大約有4000多種；溫和性：是指酶所催化的化學反應一般是在較溫和的條件下進行的；活性可調(diào)節(jié)性：包括抑制劑和激活劑調(diào)節(jié)、反饋抑制調(diào)節(jié)、共價修飾調(diào)節(jié)和變構調(diào)節(jié)等；相關性：有些酶的催化性與輔因子有關；易變性；由于大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)（少數(shù)是RNA），因而會被高溫、強酸、強堿等破壞。一般來說，動物體內(nèi)的酶最適溫度在35到40℃之間，植物體內(nèi)的酶最適溫度在40-50℃之間；細菌和真菌體內(nèi)的酶最適溫度差別較大，有得酶最適溫度可高達70℃。動物體內(nèi)的酶最適PH大多在6.5-8.0之間，但也有例外，如胃蛋白酶的最適PH為1.5，植物體內(nèi)的酶最適PH大多在4.5-6.5之間。酶的這些性質(zhì)使細胞內(nèi)錯綜復雜的物質(zhì)代謝過程能有條不紊地進行，使物質(zhì)代謝與正常的生理機能互相適應．若因遺傳缺陷造成某個酶缺損，或其它原因造成酶的活性減弱，均可導致該酶催化的反應異常，使物質(zhì)代謝紊亂，甚至導致疾病．因此酶與醫(yī)學的關系十分密切。 相同點：改變化學反應速率，本身幾乎不被消耗；只催化已存在的化學反應；加快化學反應速率，縮短達到平衡時間，但不改變平衡點；降低活化能，使化學反應速率加快；都會出現(xiàn)中毒現(xiàn)象。不同點：無機催化劑壽命一般比酶長的多，并且不容易中毒。酶的穩(wěn)定性不如無機催化劑，成本也要高很多。但是酶擁有可怕的效率。通常酶的催化速率可達無機催化劑的一百萬倍以上。所以酶一般應用在醫(yī)學制藥等高科技，靠質(zhì)量產(chǎn)品需求的領域。 根據(jù)酶所催化的反應性質(zhì)的不同，將酶分成六大類：氧化還原酶類（oxidoreductase）　促進底物的氧化或還原。轉移酶類（transferases）　促進不同物質(zhì)分子間某種化學基團的交換或轉移。水解酶類（hydrolases）　促進水解反應。裂合酶類（lyases）　催化從底物分子雙鍵上加基團或脫基團反應，即促進一種化合物分裂為兩種化合物，或由兩種化合物合成一種化合物。異構酶類（isomerases）　促進同分異構體互相轉化，即催化底物分子內(nèi)部的重排反應。合成酶類（ligase）　促進兩分子化合物互相結合，同時ATP分子（或其它三磷酸核苷）中的高能磷酸鍵斷裂，即催化分子間締合反應。按照國際生化協(xié)會公布的酶的統(tǒng)一分類原則，在上述六大類基礎上，在每一大類酶中又根據(jù)底物中被作用的基團或鍵的特點，分為若干亞類；為了更精確地表明底物或反應物的性質(zhì)，每一個亞類再分為幾個組（亞亞類）；每個組中直接包含若干個酶。 生物催化劑技術是化學生物技術的一個組成部分，作為化學合成的一種手段或工具的重要性越來越大。消費者對新產(chǎn)品的需求產(chǎn)業(yè)界要求提高收益和降低成本，政府和行政部門對加強管理的壓力以及新技術出現(xiàn)和科學發(fā)明等推動了生物催化劑的應用。(剖析主流資金真實目的，發(fā)現(xiàn)最佳獲利機會！)盡管有高果糖玉米糖漿、甜味劑生產(chǎn)以及抗癌藥的生產(chǎn)實例，但是生物催化劑尚未顯示出其潛力，亟待產(chǎn)業(yè)、非盈利機構、政府部門以及學術單位和國家試驗室共同努力工作。規(guī)劃中所提出的一些目標就是為了發(fā)揮其潛力，分析技術障礙和需要解決的問題。同時為了實施此規(guī)劃，報告也提出了實施建議。目標：生物催化劑規(guī)劃目標包括在今后20年內(nèi)傳統(tǒng)化學工業(yè)降低物料、水和能源的消耗和污染源排放到30%。針對生物催化劑，以下以具體目標：開發(fā)比現(xiàn)有化學催化劑更好、更快和更廉價的生物催化劑；開發(fā)生物催化劑系列，使其能在更廣泛的反應中起催化作用，并盡可能較目前具有更廣的多用性；提高對溫度的穩(wěn)定性、反應活性和溶劑兼容性；開發(fā)分子建模工作，迅速地對新型酶從頭進行設計；為生物催化劑開發(fā)創(chuàng)造更好的手段或工具；對公眾進行利用和創(chuàng)制生物催化劑的社會利益教育。有待克服的技術障礙：對酶和生物催化劑機制的知識有限；對二級代謝你的新陳代謝途徑（包括途徑的互相作用）了解甚少；對有機體工程化的方法甚少；許多酶的生產(chǎn)和生物催化劑應用的費用甚高。實施辦法：提高對研究和開發(fā)新型、高效生物催化劑的價值和效益的認識；開發(fā)研究已取得成效的業(yè)績指標；建立執(zhí)行籌備委員會監(jiān)測和促進生物催化劑的開發(fā)和使用；將指南分發(fā)給恰當?shù)馁Q(mào)易組織和專業(yè)學會；提高對生物催化劑價值的認識，生物催化劑能為產(chǎn)業(yè)領導和一定的地方機構帶來商業(yè)利益；通過基礎研究的科學家和資助機構促進對生物催化劑開發(fā)的機遇和挑戰(zhàn)的了解。通過50多名專家研究，一致認為持續(xù)地促進生物催化劑開發(fā)是化學相關產(chǎn)業(yè)的一項重要目標，其需要廣泛而互相協(xié)調(diào)工作，要了解創(chuàng)造新一代環(huán)境友好的、可以盈利的多種多樣生物催化劑帶來的機遇和挑戰(zhàn)。消費者、工業(yè)家、環(huán)境工作者和科學家在此方面都應予以關注。 化學工業(yè)既是多樣化又是非常復雜的產(chǎn)業(yè)。整個化工界主要包括工業(yè)部門、學術機構和各種國家和地方試驗室。這3 類組成部分都在不同程度上進行基礎研究、應用研究和開發(fā)。不同的公司、組織和機構，根據(jù)各自不同理念和目的進行的工作是不同的。工業(yè)部門進行開發(fā)研究較多，而學術部門重點是基礎研究。有時產(chǎn)業(yè)部門也能進行自己的基礎研究。而一此大學和政府試驗室也常進行具有競爭力的研究開發(fā)或探索工業(yè)應用的可能。化工企業(yè)的多樣性，強化了國家的經(jīng)濟和安全．據(jù)美國化工制造商協(xié)會（CMA）報道，美國化學工業(yè)大約有100萬職工，生產(chǎn)7萬種產(chǎn)品，產(chǎn)值達4190億美元，是美國三大出口產(chǎn)業(yè)之一，強化了國家和競爭能力。上述業(yè)績尚未包括制藥工業(yè)，制藥工業(yè)在許多方面都是化學的應用領域。精細化工與通用化學品一樣需要進行類似的研究，而且更需要生物催化和生物性化劑。化學工業(yè)中環(huán)境問題最為重要。降低環(huán)境污染是大家極為關注的問題，因而要開發(fā)完個新穎的“綠色化學”，以使化學對環(huán)境友時，減少廢物生成，降低能源利用，而且可以運用可再生資源。因此，化學工業(yè)研究的主要目標就是開發(fā)減少廢料、 CO2釋放和能量利用的工藝和產(chǎn)品。 化學工業(yè)及其企業(yè)都要考慮可持續(xù)化石基或生物再生資源。化學生物技術是將生物技術迅速應用于化學生產(chǎn)。它與綠色化學密切相關并應用可再生原料。生物技術一其他方面應用可以得到新產(chǎn)品、新制造方法和改進生產(chǎn)的經(jīng)濟性，使之降低能源消耗，減少對環(huán)境的內(nèi)面影響。化學生物技術已經(jīng)給化學工業(yè)結構帶來巨大沖擊，有些公司圍繞不同的生物技術創(chuàng)新進行收購、投資和進行改組。在食品工業(yè)中生物技術是非常普遍的，例如用酶作淀粉、飲料的生產(chǎn)、肉類保鮮等，今后還會給食品工業(yè)帶來更大的影響。在重組食品和農(nóng)作物的基因工程等方面給生物技術帶來不定因素。在美國這些不定因素多數(shù)已被事實及對食品安全和對農(nóng)業(yè)無害的信息所證明。制藥工藝應用生物技術可以放心，但是關于生物材料、織物和類似產(chǎn)品的政策尚未出臺，這是當前十分需要的。生物催化劑發(fā)展背景：化學工業(yè)是多門類產(chǎn)業(yè)，與單獨門類的產(chǎn)業(yè)如鋁和玻璃的制造有很大差別。化學工業(yè)中既包括許多只生產(chǎn)少量產(chǎn)品的小型公司又含有為數(shù)不多的生產(chǎn)數(shù)萬種產(chǎn)品、有多種工藝和中間產(chǎn)品的大型跨國公司。化學公司常常是供應商、用戶、中間體生產(chǎn)以及各種專門供應商之間發(fā)生聯(lián)系。在設想化學工業(yè)未來發(fā)展時常常遇到化學工業(yè)定義問題：化學工業(yè)包不包括石油化學工業(yè)；農(nóng)業(yè)衍生的化學品是否屬于化學工業(yè)產(chǎn)品；制藥工業(yè)實際上是精細化工，但是藥品市場性質(zhì)和巨大的財政狀況常使一些分析家們將它從精細化學制造業(yè)中劃出去。“化學研究”、“生物技術”和“以化學為基礎的工業(yè)”甚至“化學工業(yè)”等定義和內(nèi)涵都是辯論話題。今后20年內(nèi)將使工業(yè)發(fā)生革命。本報告指出生物技術和生物加工工藝給未來帶來的影響，并將出現(xiàn)一個嶄新的工業(yè)。未來生物技術的發(fā)展：從突破社學形成成熟的工藝到工業(yè)應用，經(jīng)過長期研究開發(fā)，先進行小規(guī)模的應用再到隊規(guī)模生產(chǎn)。生物技術自1974年后已有少數(shù)應用。在80年代，保健產(chǎn)業(yè)特別是制藥從中發(fā)現(xiàn)其價值，同時開始其擴展。現(xiàn)在已有幾種利用生物技術生產(chǎn)的藥品問世。大宗食用化學品如乙醇、高果糖玉米糖漿、檸檬酸和氨基酸等已用細菌或酶進行生產(chǎn)，隨后可能尚有一些其他化學品可以投產(chǎn)。生物技術目的仍然由臨很多強大的社會和財政方面的沖擊：1999年，生物技術工業(yè)銷售額134億美元，產(chǎn)值186億美元；美國有1280多家生物技術公司；該工業(yè)有970億美元投資市場，雇有15.3萬高工資的職工，研究開發(fā)費為 90 億美元；已有90多種生物技術藥物和疫苗問世，拯救了全世界2億多人；生物技術有責任進行數(shù)百種醫(yī)藥臨床試驗；生物技術給許多良品如玉米、黃豆、西紅柿、胡蘿卜和胡椒等提高營養(yǎng)成分；生物技術有效地處理廢物；DNA鑒定是生物技術過程，極大地改進了犯罪的調(diào)查工作。化學研究是化學公司技術的孵化器，推動新技術產(chǎn)生、發(fā)展、應用和轉化成化學工業(yè)的核心。這些成就是與生物技術的基礎研究密切結合，其中包括大宗化學品：肥皂、洗滌劑到紡織品和合成纖維，同時也促進了受能源和環(huán)境問題驅動的綠色化學。當日益強調(diào)能源和環(huán)境因素之時，任何產(chǎn)業(yè)部門很難不受其影響，從燃料的脫硫到廢料的生物降解，從鋼鐵生產(chǎn)到礦產(chǎn)品精煉。近年來許多國際權威期刊如《生物技術趨勢》《生物技術進展》等都發(fā)表文章，提出以生物技術為基礎的化學取代傳統(tǒng)的合成化學，如“植物工廠”以及各種具有優(yōu)良催化性能的變異酶等。現(xiàn)在基因工程名詞已被新陳代謝工程取代，功能基因學取代了基因學，在保健產(chǎn)品中，手性是特別重要的。酶的手性分辨力雖不是新鮮事物，但在新型生物催化劑中應用十分主要。生物催化劑開發(fā)的推動力：將生物催化劑推向以化學為基礎的工業(yè)有4方面力量：社會力量：社會需要新技術、新產(chǎn)品和新的生活方式。社會也需要開發(fā)新技術如減少對環(huán)境影響的技術等。商務力量：利潤和成本降低驅動許多變革。 商務需要生物催化劑使其能用低成本制備同樣的或更好的產(chǎn)品，因此要找到降低分離出生物制品成本的解決方法，推動生物催化劑成本下降，使之與傳統(tǒng)的無機和有機催化劑競爭。商務和經(jīng)濟需求開發(fā)更好的技術來選擇和生產(chǎn)比較廉價的酶。政府管理部門力量：對溫室氣體的關注，特別是CO2、將推動碳的封閉循環(huán)方法。例如用農(nóng)作物通過新陳代謝了出來生產(chǎn)精細化學品。利用整個有機生物體作生物催化劑生產(chǎn)能量密集產(chǎn)品，代替石油產(chǎn)品使用時可產(chǎn)生更少的溫室氣體。基因改性有機生物體引起的管理方面的關注，要求對生物催化劑的有效性和安全性作出安全的鑒定。政府政策已經(jīng)有利于在燃料乙酸生產(chǎn)中應用生物催化工藝，但是這些政策有可能變化。基礎研究的壓力：基礎研究對真理的探索和發(fā)現(xiàn)導致了巨大的工業(yè)和實際技術的進步。這些有意義的發(fā)現(xiàn)常常產(chǎn)生很大的具有潛力影響的進展。基因工程原來只是為了解如何在類似物種中轉移基因信息，現(xiàn)在都用來生產(chǎn)救命的治療藥品如干擾素或人類生長激素，也可用來增加牛奶的產(chǎn)奶量，制造新的聚合物，開發(fā)新的治療用藥品。綜上所述，4種力量分別推動生物技術的4個方面的發(fā)展：社會壓力推動產(chǎn)品問世、技術方面壓力推動基礎研究和發(fā)現(xiàn)、管理方面壓力推動環(huán)境效應改進、商務方面壓力推動利潤提高和成本降低。

標簽：生物催化劑催化