這是生物催化ppt，包括了生物催化的概述，生物催化的作用機(jī)制，生物催化的應(yīng)用，發(fā)展前景與展望，生物催化的產(chǎn)生與發(fā)展，生物催化劑的分類(lèi)等內(nèi)容，歡迎點(diǎn)擊下載。

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Contents 生物催化的定義 生物催化（ biocatalysis ）是利用生物催化劑(主要是酶或微生物)來(lái)改變(通常是加快)化學(xué)反應(yīng)速度的作用。 生物催化的產(chǎn)生與發(fā)展 生物催化的產(chǎn)生與發(fā)展 生物催化的產(chǎn)生與發(fā)展 1930年 Northrop等得到了胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的結(jié)晶。 生物催化的產(chǎn)生與發(fā)展 某些RNA有催化活性（ ribozyme，核酶） 生物催化劑的來(lái)源 生物催化劑的分類(lèi) 酶的作用特點(diǎn) 絕對(duì)專(zhuān)一性——指某些酶對(duì)底物有絕對(duì)嚴(yán)格的要求，即一種酶只能催化一種特定的底物進(jìn)行反應(yīng) 。 相對(duì)專(zhuān)一性——指酶能催化結(jié)構(gòu)相似的一類(lèi)底物進(jìn)行反應(yīng)。或要求有一定的化學(xué)鍵及鍵兩端的原子基團(tuán)；或僅要求一定的化學(xué)鍵。 立體異構(gòu)專(zhuān)一性——指酶對(duì)催化底物的立體結(jié)構(gòu)有高度選擇性。即一 種酶只能作用于底物立體異構(gòu)中的一種 酶作用專(zhuān)一性機(jī)制 誘導(dǎo)契合學(xué)說(shuō)（induced fit hypothesis） “三點(diǎn)結(jié)合”催化理論 生物催化酶的類(lèi)別 氧化-還原酶催化氧化-還原反應(yīng)。 主要包括脫氫酶(dehydrogenase)和氧化酶(Oxidase)。 如乳酸(Lactate)脫氫酶催化乳酸的脫氫反應(yīng)。 轉(zhuǎn)移酶催化基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即將一個(gè)底物分子的基團(tuán)或原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)底物的分子上。例如， 谷丙轉(zhuǎn)氨酶催化的氨基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。 異構(gòu)酶催化各種同分異構(gòu)體的相互轉(zhuǎn)化，即底物分子內(nèi)基團(tuán)或原子的重排過(guò)程。例如，6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶催化的反應(yīng)。 裂合酶催化從底物分子中移去一個(gè)基團(tuán)或原子形成雙鍵的反應(yīng)及其逆反應(yīng)。 主要包括醛縮酶、水化酶及脫氨酶等。 例如， 延胡索酸裂合酶催化的反應(yīng)。 合成酶，又稱(chēng)為連接酶，能夠催化C-C、C-O、C-N 以及C-S 鍵的形成反應(yīng)。這類(lèi)反應(yīng)必須與ATP分解反應(yīng)相互偶聯(lián)。 A + B + ATP + H-O-H ===A  B + ADP +Pi 例如，丙酮酸羧化酶催化的反應(yīng)。 丙酮酸 + CO2  草酰乙酸 酶催化的化學(xué)反應(yīng) 1. 鹵化反應(yīng) 對(duì)于富電子底物， 自然界一般利用黃素依賴(lài)型的鹵化酶或鹵素過(guò)氧化物酶來(lái)催化氯化、溴化或碘化作用。對(duì)于烷烴等缺電子底物， 則往往利用單核鐵鹵化酶。 色氨酸7-鹵化酶等FADH2 鹵化酶可以催化一系列的吲哚衍生物和芳香雜環(huán)化合物的區(qū)域特異性鹵化反應(yīng)。 2 大環(huán)化作用 一般由生物合成末端的環(huán)化酶所催化 環(huán)化酶具有豐富的底物多樣性， 不僅可以催化線(xiàn)性硫酯底物高效合成18 —42 元環(huán)的巨內(nèi)酰胺，而且底物除兩個(gè)基團(tuán)外， 其他所有基團(tuán)均可被取代。 酶環(huán)化作用并不僅通過(guò)催化碳氮鍵形成大環(huán)多肽， 還可以催化NRP 縮酚肽的合成和PK 內(nèi)酯環(huán)化反應(yīng)。 生物催化與綠色化學(xué) 生物催化通過(guò)催化高立體和高區(qū)域選擇性反應(yīng)來(lái)防止廢物的產(chǎn)生，利用水作為反應(yīng)溶劑來(lái)防止或減少有害有機(jī)溶劑的應(yīng)用，根據(jù)催化反應(yīng)在常溫常壓進(jìn)行的特性來(lái)設(shè)計(jì)高能效和安全的化學(xué)合成工藝，充分利用可降解的可再生原料以提高原子經(jīng)濟(jì)效益。該技術(shù)滿(mǎn)足綠色化學(xué)的12 個(gè)原則， 對(duì)綠色 化學(xué)的發(fā)展日趨重要。 生物催化應(yīng)用領(lǐng)域： （1）傳統(tǒng)化學(xué)法由丙烯腈合成丙烯酰胺，轉(zhuǎn)化率僅為97%~98%，由化學(xué)法合成的丙烯酰胺聚合生成的聚丙烯酰胺分子質(zhì)量很難超過(guò)1200萬(wàn)，而采用生物法即采用丙烯腈水合酶催化合成，其轉(zhuǎn)化率達(dá)99.9%以上，比化學(xué)法成本低10%以上，聚合生成聚丙烯酰胺分子質(zhì)量達(dá)2000萬(wàn)。 （2）利用酶法生產(chǎn)的氨基酸有很多，若利用順酐和富馬酸等為原料經(jīng)化學(xué)法生產(chǎn)天門(mén)冬氨酸，轉(zhuǎn)率僅為80~85%，而采用酶法生產(chǎn)，天門(mén)冬氨酸的轉(zhuǎn)化率可達(dá)99%以上。 （3）酶催化劑將化學(xué)合成的前體、潛手性化合物或外消旋衍生物轉(zhuǎn)化為單一、光學(xué)活性產(chǎn)物，根據(jù)有機(jī)化學(xué)基本理論中關(guān)于立體化學(xué)的闡述，可知通過(guò)酶催化而生成的手性化合物在精細(xì)化工中占極重要的地位。 例：LyricaTM的活性成分pregabalin 的化學(xué)生產(chǎn)路線(xiàn) cyanodiester (CNDE) 水解脫羧和加氫后得到消旋β2氨基酸， 最后進(jìn)行化學(xué)拆分。為了得到高光學(xué)純度的活性藥物成分(API) ， ( S)2扁桃酸拆分后需要進(jìn)一步重結(jié)晶，但兩步反應(yīng)得率只有25 % —29 %。由于不需要的對(duì)映體回收比較困難，整個(gè)過(guò)程的產(chǎn)率只有18 % —21 %。這樣，拆分步驟之前70 %的原材料(包括中間體、試劑和溶劑) 最后都成為廢物。 酶拆分在第一步進(jìn)行，不需要的對(duì)映體可以很容易回收 3 步反應(yīng)都在水中進(jìn)行。因此，該新工藝免除了傳統(tǒng)的( S)2扁桃酸化學(xué)拆分過(guò)程和圖式5 所示的大部分有機(jī)溶劑 收率和通量(throughput) 加倍提高 生物催化的主要應(yīng)用方向 生物催化的國(guó)內(nèi)成功應(yīng)用實(shí)例 生物催化的國(guó)內(nèi)成功應(yīng)用實(shí)例 生物催化的國(guó)內(nèi)成功應(yīng)用實(shí)例 生物催化的國(guó)內(nèi)成功應(yīng)用實(shí)例 生物催化的國(guó)內(nèi)成功應(yīng)用實(shí)例 發(fā)展前景與展望 綠色化學(xué)與生物聚合物降解 一、綠色化工產(chǎn)生的背景 150年以前，大部份有機(jī)化學(xué)品還都來(lái)自生物原料(biomass)，之后開(kāi)始了用煤作為化學(xué)原料，接著就是應(yīng)用石油的時(shí)代。 石油的豐富、易得使化學(xué)工業(yè)獲得了快速發(fā)展，已成為化學(xué)工業(yè)的主導(dǎo)原料。二十世紀(jì)，石油化學(xué)工業(yè)對(duì)提高人民的生活水平，發(fā)展經(jīng)濟(jì)作出了重大貢獻(xiàn)。 與此同時(shí)和石油化學(xué)工業(yè)相關(guān)的一系列環(huán)境問(wèn)題也相應(yīng)出現(xiàn)了。概括地講：二十世紀(jì)石油化學(xué)工業(yè)的成就是以犧牲環(huán)境為代價(jià)的。 自然界有著相當(dāng)豐富的生物原料（纖維素：1600億噸/年），完全可以滿(mǎn)足有機(jī)化學(xué)品所需的全部物質(zhì)。 從環(huán)保角度看，和石油及天然氣作為原料不同的兩個(gè)首要優(yōu)點(diǎn)是生物原料無(wú)毒、同時(shí)可完全再生。 從國(guó)家安全和長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，可以持續(xù)提供生產(chǎn)有機(jī)化學(xué)品的原料和能源。 二、綠色化工過(guò)程 由生物原料出發(fā)，利用生物技術(shù)生產(chǎn)化工原料（乙醇）的技術(shù)概括起來(lái)可分為三部分： （1）從生物質(zhì)（如農(nóng)作物的秸稈中）提取纖維素； （2）纖維素降解到葡萄糖； （3）葡萄糖發(fā)酵到乙醇或其它精細(xì)化工品。 優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)過(guò)程的廢棄物可作為肥料、飼料和獲得能源。由于整個(gè)過(guò)程不產(chǎn)生污染物，所以被稱(chēng)為真正意義的綠色化工。 技術(shù)關(guān)鍵是由纖維素降解到葡萄糖。 三、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 雖然纖維素可作為一種最便宜的化工原材料，但是由于以下幾個(gè)原因使得維素的降解變得十分困難。 （1）通常和木質(zhì)素相聯(lián)結(jié)； （2）纖維素通常是晶體； 1、纖維素提取分離 美國(guó)國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室（National Renewable Energy Lab，NREL）的工作人員開(kāi)發(fā)出了一種方法，可以在100克規(guī)模上有效地分離出纖維素，效率接近100%；也可以用生物發(fā)酵的方法將生物原料去掉木質(zhì)素和蛋白質(zhì)，提純纖維素。 2、纖維素降解 降解纖維素到葡萄糖的纖維素酶（如一種木霉的霉菌）是由三種具有互協(xié)功能的纖維素活性酶構(gòu)成的。 (1)內(nèi)葡萄糖酶：可使纖維素的內(nèi)糖苷鍵開(kāi)裂； (2)纖維生物水解酶：可將纖維素的末端鍵水解成二聚體(3)β-葡萄苷酶：可將二聚體裂解成葡萄糖。 從化學(xué)角度看，纖維素降解過(guò)程實(shí)際上就是一個(gè)由酶促進(jìn)的酸催化過(guò)程，這里酶的本質(zhì)就是酸催化劑。 例： 莽草酸是預(yù)防和治療感冒病毒感染的藥物唾液酸苷酶抑制劑磷酸奧司米韋(oseltamivir phosphate ， Tamiflu) 合成的關(guān)鍵起始原料(圖式9) 。 隨著人們對(duì)禽流感病毒爆發(fā)的恐懼日增，世界上很多國(guó)家都在建立Tamiflu庫(kù)存，以此作為全國(guó)性感冒流行預(yù)防計(jì)劃的一部分。 在Roche 公司的磷酸奧司米韋10 步合成路線(xiàn)中， 莽草酸是關(guān)鍵中間體， 因?yàn)槠? 個(gè)手性中心和環(huán)狀骨架在形成最后的API 結(jié)構(gòu)時(shí)非常重要。 在實(shí)際生產(chǎn)中， 莽草酸可由在兩種莽草酸鹽激酶同工酶都缺失的大腸桿菌工程菌發(fā)酵獲得。合成莽草酸的效價(jià)為84 g/L ， 收率為原料葡萄糖的33 % 目前磷酸奧司米韋合成路線(xiàn)的一個(gè)缺點(diǎn)是API終產(chǎn)物中氨基部分來(lái)自易爆的疊氮化物。 新的無(wú)疊氮化物參與合成途徑，該途徑首先通過(guò)兩個(gè)微生物轉(zhuǎn)化過(guò)程把葡萄糖轉(zhuǎn)化為氨基莽草酸， 然后再以氨基莽草酸為起始物合成磷酸奧司米韋。 “developed the first enzymatic method for the large-scale synthesis of oligosaccharides and the first programmable automated synthesis of oligosaccharides”. These methods have been used to solve major problems and create new opportunities in carbohydrate-mediated biological recognition and disease control. Saccharides are more difficult to synthesize because: (i) typically branched rather than linear， (ii) the monosaccharide units can be connected by a or b linkages， (iii) Oligosaccharide synthesis requires multiple selective protection and deprotection steps. Advantages of enzymatic glycosylation: occurs stereo- and regioselectively under mild conditions Extensive protection-deprotection schemes are thus unnecessary， and the control of anomeric configuration is simple. even very sterically demanding couplings can be performed selectively Glycosyltransferases， catalyze the transfer of a saccharide from a sugar nucleotide donor to an acceptor. enzymatic one-pot strategies More than one glycosyltransferase can be mixed together in a reaction vessel， with regeneration of the nucleoside phosphate sugar for each glycosyltransferase， to form multiple glycosidic bonds in one pot. eliminates product inhibition and also minimizes the cost. revolutionized the field of carbohydrate chemistry and enabled the large-scale synthesis of complex oligosaccharides for clinical evaluation 0Vb紅軟基地

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