生物催化与转化的优点与缺点

生物催化就是酶催化。生物转化就是应用酶或微生物细胞进行合成的技术。

微生物在生物催化的手性合成中有着重要的用途，它能提供廉价和多样的生物催化剂-酶，或以完整细胞直接进行生物催化，后者又称为微生物生物转化。微生物可产生多种酶，能催化多种非天然有机物发生转化反应，有些反应是化学法难以或不可能完成的化学反应。微生物生物转化法的优点是不需要酶的分离纯化和辅酶再生；缺点是副产物可能较多，产物的分离纯化比较麻烦。微生物生物转化法已在些有机酸、氨基酸、核苷酸、抗生素、维生素和甾体激素等方面实现了工业化生产。微生物生物转化法是利用微生物中特定的酶将人工合成的非天然化合物进行生物转化，转化液经分离纯化可得所需产品的过程。生物转化法与直接发酵法的本质相同，皆属酶催化的反应，但前者为单酶或少数几种酶的高密度转化，而后者为多酶低密度转化。两者相比，生物转化法工艺简单，产物浓度高，转化率及生产效率高，副产物少。

底物酶微生物产物，甲醛羟基甲烷基转化酶甲基杆菌属L肉桂酸苯转氨酶红酵母菌属L苯DL肉毒碱酰胺酰胺酶假单胞菌属L肉毒碱丙烯腈睛水合酶玫瑰色红球菌丙烯酰胺丙烯腈腊水解酶玫瑰色红球菌丙烯酸，烯烃链烯单加氧酶珊瑚诺卡氏菌手性环氧化合物外消旋1，2戊二醇乙醇脱氨酶和还原酶假丝酵母属S1，2戊二醇CpC（头孢烷酸）D氨基酸氧化酶，酸化酶基因工程菌7氨基头孢烷酸（7ACA）脱氧酶简单节杆菌氧化

微生物种类多，含酶丰富，利用微生物可进行多种生物转化反应。微生物生物转化反应的特点是具有高度选择性，尤其是立体选择性，可顺利地完成般化学方法难以实现的反应，如甾体、类与生物碱等有机化合物中的非活泼氢的羟化反应等；反应条件温和，尤其适用于不稳定化合物的制备。微生物生物转化既可以采用游离的细胞，也可以使用固定化的细胞进行转化。

生物催化与生物转化是生物学、化学、过程工程科学的交叉域，其核心目标是大规模采用微生物或酶为催化剂生产化学品、医药、能源、材料等，是终建立在生物催化基础上的新物质加工体系。同时，生物催化和转化的研究是我参与生物技术际竞争的个难得的机遇和切入点，是我生物技术应用研究的个战略重点。

现以L苯的酶法生产为例说明生物催化。目前已筛选到了具有高转氨酶活性的大肠杆菌（E.coli），经卡拉胶包埋固定化，该菌可以连续合成L苯，产率可达59.6g-L-1。有人对具有L苯氨解酶酶活的深红酵母（Rhodotorula rubra）转化反式肉桂酸生产L苯的工艺做了研究，结果表明，用卡拉胶固定化的该菌株可将77.7%的反式肉桂酸转化为L苯。目前，L苯的酶法生产已经工业化。

巨大的社会需求和科学技术的进步，有力地推动了新代工业生物技术的快速发展。目前，生物催化与生物转化技术正在迅速向药物创制域渗透，并将成为我药物源头创新有希望的技术之。设计和构建定向生物催化与生物转化过程体系，为新药的大规模制造提供理论指导。基于生物转化与生物转化反应的多样性，筛选出有价值的定向生物催化与生物转化反应及其相应的高效生物催化剂（酶），然后利用酶工程技术、细胞工程技术、基因工程技术、代谢工程技术和过程工程技术等，构建基于单酶、多酶或全细胞催化的高效的定向生物催化与生物转化过程体系。例如可以将低活性的廉价人参二醇组皂苷定向转化为具有高抗肿瘤活性的和Rh2等。