生物催化（biocatalysis）是指利用酶或者生物有機(jī)體（細(xì)胞、細(xì)胞器、組織等）作為催化劑進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化的過程，這種反應(yīng)過程又稱為生物轉(zhuǎn)化（biotransformation）。
基本內(nèi)容定義
生物催化中常用的有機(jī)體主要是微生物，其本質(zhì)是利用微生物細(xì)胞內(nèi)的酶進(jìn)行催化，促進(jìn)生物轉(zhuǎn)化的進(jìn)程。
優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
作用條件溫和，基本上在常溫、中性、水等環(huán)境中完成；
獨(dú)特、高效的底物選擇性（因?yàn)榇呋^程中的酶具有 專一性的特點(diǎn)，即一種酶只能催化一種特定的底物發(fā)生反應(yīng)，但是一種底物則可能被多種酶催化）；
對(duì)于手性活性藥物成分的合成具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。
缺點(diǎn)
多酚氧化酶在反應(yīng)介質(zhì)中往往不穩(wěn)定；
目前可用于工業(yè)化應(yīng)用的生物催化劑還太少；
生物催化劑開發(fā)的周期較長(zhǎng)。
酶
酶的特點(diǎn)
生物催化劑能催化特定化學(xué)反應(yīng)的蛋白質(zhì)、核糖核酸或它的復(fù)合體，能通過降低反應(yīng)的活化能加快反應(yīng)速度，但不改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)。絕大多數(shù)酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。具有催化效率高、專一性強(qiáng)、作用條件溫和等特點(diǎn)。
酶催化作用實(shí)質(zhì)：降低化學(xué)反應(yīng)活化能；
高效性：酶的催化效率比無機(jī)化合物催化劑更高，使得反應(yīng)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(xué)反應(yīng)一般是在較溫和的條件下進(jìn)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(jià)修飾調(diào)節(jié)和變構(gòu)調(diào)節(jié)等；
相關(guān)性：有些酶的催化性與輔因子有關(guān)；
易變性；由于大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)（少數(shù)是核糖核酸），因而會(huì)被高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等破壞。
一般來說，動(dòng)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(xì)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(dá)70℃。動(dòng)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(xì)胞內(nèi)錯(cuò)綜復(fù)雜的物質(zhì)代謝過程能有條不紊地進(jìn)行，使物質(zhì)代謝與正常的生理機(jī)能互相適應(yīng)．若因遺傳缺陷造成某個(gè)酶缺損，或其它原因造成酶的活性減弱，均可導(dǎo)致該酶催化的反應(yīng)異常，使物質(zhì)代謝紊亂，甚至導(dǎo)致疾病．因此酶與醫(yī)學(xué)的關(guān)系十分密切。
消化酶
食物中的蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪等大分子物質(zhì)不能不能直接被消化道吸收，它們必須經(jīng)過消化，由大分子物質(zhì)變成易吸收的小分子物質(zhì)，才能被消化道吸收。食物的消化與消化液中的酶有著密切的關(guān)系。酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的、具有催化能力的一類有機(jī)化合物，也稱 多酚氧化酶。在一定的條件（如適宜的溫度、pH）下，消化酶可將復(fù)雜的大分子物質(zhì)分解為簡(jiǎn)單的小分子物質(zhì)。
比較
相同點(diǎn)：改變化學(xué)反應(yīng)速率，本身幾乎不被消耗；只催化已存在的化學(xué)反應(yīng)；加快化學(xué)反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡時(shí)間，但不改變平衡點(diǎn)；降低活化能，使化學(xué)反應(yīng)速率加快；都會(huì)出現(xiàn)中毒現(xiàn)象。
不同點(diǎn)：無機(jī)化合物催化劑壽命一般比酶長(zhǎng)的多，并且不容易中毒。酶的穩(wěn)定性不如無機(jī)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(dá)無機(jī)催化劑的一百萬倍以上。所以酶一般應(yīng)用在醫(yī)學(xué)制藥等高科技，靠質(zhì)量產(chǎn)品需求的領(lǐng)域。
酶的分類
根據(jù)酶所催化的反應(yīng)性質(zhì)的不同，將酶分成六大類：
氧化還原酶類（oxidoreductase）促進(jìn)底物的氧化或還原。
轉(zhuǎn)移酶類（transferases）促進(jìn)不同物質(zhì)分子間某種化學(xué)基團(tuán)的交換或轉(zhuǎn)移。
水解酶類（hydrolases）促進(jìn)水解反應(yīng)。
裂合酶類（lyases）催化從底物分子雙鍵上加基團(tuán)或脫基團(tuán)反應(yīng)，即促進(jìn)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(gòu)酶類（isomerases）促進(jìn)同分異構(gòu)體互相轉(zhuǎn)化，即催化底物分子內(nèi)部的重排反應(yīng)。
合成酶類（ligase）促進(jìn)兩分子化合物互相結(jié)合，同時(shí)atp分子（或其它核苷三磷酸）中的高能磷酸鍵斷裂，即催化分子間締合反應(yīng)。
按照國(guó)際生化協(xié)會(huì)公布的酶的統(tǒng)一分類原則，在上述六大類基礎(chǔ)上，在每一大類酶中又根據(jù)底物中被作用的基團(tuán)或鍵的特點(diǎn)，分為若干亞類；為了更精確地表明底物或反應(yīng)物的性質(zhì)，每一個(gè)亞類再分為幾個(gè)組（亞亞類）；每個(gè)組中直接包含若干個(gè)酶。
酶的產(chǎn)生
酶可以由人工合成或生物產(chǎn)生。人工合成酶的成本會(huì)顯著降低，但人工能夠合成的酶的種類非常有限。只有擁有生物活性的生物體才能產(chǎn)生酶，但是酶可以在生物體外發(fā)揮作用。目前酶的獲取一般靠提取被培養(yǎng)的生物來獲得。
催化劑中毒
催化劑在反應(yīng)過程中因受到污染或接觸了不能接觸的物質(zhì)而效率降低甚至失效的情況稱為催化劑中毒。中毒的催化劑不能再發(fā)揮作用。
生物催化劑
概要
生物催化劑技術(shù)是化學(xué)生物技術(shù)的一個(gè)組成部分，作為化學(xué)合成的一種手段或工具的重要性越來越大。消費(fèi)者對(duì)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(duì)加強(qiáng)管理的壓力以及新技術(shù)出現(xiàn)和科學(xué)發(fā)明等推動(dòng)了生物催化劑的應(yīng)用。(剖析主流資金真實(shí)目的，發(fā)現(xiàn)最佳獲利機(jī)會(huì)！)
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(shí)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(jī)構(gòu)、政府部門以及學(xué)術(shù)單位和國(guó)家試驗(yàn)室共同努力工作。規(guī)劃中所提出的一些目標(biāo)就是為了發(fā)揮其潛力，分析技術(shù)障礙和需要解決的問題。同時(shí)為了實(shí)施此規(guī)劃，報(bào)告也提出了實(shí)施建議。
目標(biāo)：多酚氧化酶規(guī)劃目標(biāo)包括在今后20年內(nèi)傳統(tǒng)化學(xué)工業(yè)降低物料、水和能源的消耗和污染源排放到30%。針對(duì)生物催化劑，以下以具體目標(biāo)：開發(fā)比現(xiàn)有化學(xué)催化劑更好、更快和更廉價(jià)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(yīng)中起催化作用，并盡可能較目前具有更廣的多用性；提高對(duì)溫度的穩(wěn)定性、反應(yīng)活性和溶劑兼容性；開發(fā)分子建模工作，迅速地對(duì)新型酶從頭進(jìn)行設(shè)計(jì)；為生物催化劑開發(fā)創(chuàng)造更好的手段或工具；對(duì)公眾進(jìn)行利用和創(chuàng)制多酚氧化酶的社會(huì)利益教育。
有待克服的技術(shù)障礙：
對(duì)酶和生物催化劑機(jī)制的知識(shí)有限；對(duì)二級(jí)代謝你的新陳代謝途徑（包括途徑的互相作用）了解甚少；對(duì)有機(jī)體工程化的方法甚少；許多酶的生產(chǎn)和生物催化劑應(yīng)用的費(fèi)用甚高。
實(shí)施辦法：提高對(duì)研究和開發(fā)新型、高效生物催化劑的價(jià)值和效益的認(rèn)識(shí)；開發(fā)研究已取得成效的業(yè)績(jī)指標(biāo)；建立執(zhí)行籌備委員會(huì)監(jiān)測(cè)和促進(jìn)生物催化劑的開發(fā)和使用；將指南分發(fā)給恰當(dāng)?shù)馁Q(mào)易組織和專業(yè)學(xué)會(huì)；提高對(duì)生物催化劑價(jià)值的認(rèn)識(shí)，生物催化劑能為產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)和一定的地方機(jī)構(gòu)帶來商業(yè)利益；通過基礎(chǔ)研究的科學(xué)家和資助機(jī)構(gòu)促進(jìn)對(duì)多酚氧化酶開發(fā)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)的了解。
通過50多名專家研究，一致認(rèn)為持續(xù)地促進(jìn)生物催化劑開發(fā)是化學(xué)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的一項(xiàng)重要目標(biāo)，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(jī)遇和挑戰(zhàn)。消費(fèi)者、工業(yè)家、環(huán)境工作者和科學(xué)家在此方面都應(yīng)予以關(guān)注。
化學(xué)工業(yè)簡(jiǎn)況
化學(xué)工業(yè)既是多樣化又是非常復(fù)雜的產(chǎn)業(yè)。整個(gè)化工界主要包括工業(yè)部門、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和各種國(guó)家和地方試驗(yàn)室。這3 類組成部分都在不同程度上進(jìn)行基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和開發(fā)。不同的公司、組織和機(jī)構(gòu)，根據(jù)各自不同理念和目的進(jìn)行的工作是不同的。工業(yè)部門進(jìn)行開發(fā)研究較多，而學(xué)術(shù)部門重點(diǎn)是基礎(chǔ)研究。有時(shí)產(chǎn)業(yè)部門也能進(jìn)行自己的基礎(chǔ)研究。而一此大學(xué)和政府試驗(yàn)室也常進(jìn)行具有競(jìng)爭(zhēng)力的研究開發(fā)或探索工業(yè)應(yīng)用的可能。
化工企業(yè)的多樣性，強(qiáng)化了國(guó)家的經(jīng)濟(jì)和安全．據(jù)美國(guó)化工制造商協(xié)會(huì)（CMA）報(bào)道，美國(guó)化學(xué)工業(yè)大約有100萬職工，生產(chǎn)7萬種產(chǎn)品，產(chǎn)值達(dá)4190億美元，是美國(guó)三大出口產(chǎn)業(yè)之一，強(qiáng)化了國(guó)家和競(jìng)爭(zhēng)能力。上述業(yè)績(jī)尚未包括制藥工業(yè)，制藥工業(yè)在許多方面都是化學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域。精細(xì)化工與通用化學(xué)品一樣需要進(jìn)行類似的研究，而且更需要生物催化和生物性化劑。
化學(xué)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(guān)注的問題，因而要開發(fā)完個(gè)新穎的“綠色化學(xué)”，以使化學(xué)對(duì)環(huán)境友時(shí)，減少?gòu)U物生成，降低能源利用，而且可以運(yùn)用可再生資源。因此，化學(xué)工業(yè)研究的主要目標(biāo)就是開發(fā)減少?gòu)U料、 CO2釋放和能量利用的工藝和產(chǎn)品。化學(xué)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(xué)生物技術(shù)是將生物技術(shù)迅速應(yīng)用于化學(xué)生產(chǎn)。它與綠色化學(xué)密切相關(guān)并應(yīng)用可再生原料。生物技術(shù)一其他方面應(yīng)用可以得到新產(chǎn)品、新制造方法和改進(jìn)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，使之降低能源消耗，減少對(duì)環(huán)境的內(nèi)面影響。
化學(xué)生物技術(shù)已經(jīng)給化學(xué)工業(yè)結(jié)構(gòu)帶來巨大沖擊，有些公司圍繞不同的生物技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)行收購(gòu)、投資和進(jìn)行改組。在食品工業(yè)中生物技術(shù)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(huì)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(shù)帶來不定因素。在美國(guó)這些不定因素多數(shù)已被事實(shí)及對(duì)食品安全和對(duì)農(nóng)業(yè)無害的信息所證明。制藥工藝應(yīng)用生物技術(shù)可以放心，但是關(guān)于生物材料、織物和類似產(chǎn)品的政策尚未出臺(tái)，這是當(dāng)前十分需要的。
多酚氧化酶發(fā)展背景：
化學(xué)工業(yè)是多門類產(chǎn)業(yè)，與單獨(dú)門類的產(chǎn)業(yè)如鋁和玻璃的制造有很大差別。化學(xué)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(guó)公司。化學(xué)公司常常是供應(yīng)商、用戶、中間體生產(chǎn)以及各種專門供應(yīng)商之間發(fā)生聯(lián)系。
在設(shè)想化學(xué)工業(yè)未來發(fā)展時(shí)常常遇到化學(xué)工業(yè)定義問題：化學(xué)工業(yè)包不包括石油化學(xué)工業(yè)；農(nóng)業(yè)衍生的化學(xué)品是否屬于化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品；制藥工業(yè)實(shí)際上是精細(xì)化工，但是藥品市場(chǎng)性質(zhì)和巨大的財(cái)政狀況常使一些分析家們將它從精細(xì)化學(xué)制造業(yè)中劃出去。
“化學(xué)研究”、“生物技術(shù)”和“以化學(xué)為基礎(chǔ)的工業(yè)”甚至“化學(xué)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(bào)告指出生物技術(shù)和生物加工工藝給未來帶來的影響，并將出現(xiàn)一個(gè)嶄新的工業(yè)。
未來生物技術(shù)的發(fā)展：
從突破社學(xué)形成成熟的工藝到工業(yè)應(yīng)用，經(jīng)過長(zhǎng)期研究開發(fā)，先進(jìn)行小規(guī)模的應(yīng)用再到隊(duì)規(guī)模生產(chǎn)。生物技術(shù)自1974年后已有少數(shù)應(yīng)用。在80年代，保健產(chǎn)業(yè)特別是制藥從中發(fā)現(xiàn)其價(jià)值，同時(shí)開始其擴(kuò)展。現(xiàn)在已有幾種利用生物技術(shù)生產(chǎn)的藥品問世。大宗食用化學(xué)品如乙醇、高果糖玉米糖漿、檸檬酸和氨基酸等已用細(xì)菌或酶進(jìn)行生產(chǎn)，隨后可能尚有一些其他化學(xué)品可以投產(chǎn)。生物技術(shù)目的仍然由臨很多強(qiáng)大的社會(huì)和財(cái)政方面的沖擊：
1999年，生物技術(shù)工業(yè)銷售額134億美元，產(chǎn)值186億美元；
美國(guó)有1280多家生物技術(shù)公司；
該工業(yè)有970億美元投資市場(chǎng)，雇有15.3萬高工資的職工，研究開發(fā)費(fèi)為 90 億美元；
已有90多種生物技術(shù)藥物和新型冠狀病毒疫苗問世，拯救了全世界2億多人；
生物技術(shù)有責(zé)任進(jìn)行數(shù)百種醫(yī)藥臨床試驗(yàn)；
生物技術(shù)給許多良品如玉米、黃豆、西紅柿、胡蘿卜和胡椒等提高營(yíng)養(yǎng)成分；
生物技術(shù)有效地處理廢物；
脫氧核糖核酸鑒定是生物技術(shù)過程，極大地改進(jìn)了犯罪的調(diào)查工作。
化學(xué)研究是化學(xué)公司技術(shù)的孵化器，推動(dòng)新技術(shù)產(chǎn)生、發(fā)展、應(yīng)用和轉(zhuǎn)化成化學(xué)工業(yè)的核心。這些成就是與生物技術(shù)的基礎(chǔ)研究密切結(jié)合，其中包括大宗化學(xué)品：肥皂、洗滌劑到紡織品和合成纖維，同時(shí)也促進(jìn)了受能源和環(huán)境問題驅(qū)動(dòng)的綠色化學(xué)。當(dāng)日益強(qiáng)調(diào)能源和環(huán)境因素之時(shí)，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(guó)際權(quán)威期刊如《生物技術(shù)趨勢(shì)》《生物技術(shù)進(jìn)展》等都發(fā)表文章，提出以生物技術(shù)為基礎(chǔ)的化學(xué)取代傳統(tǒng)的合成化學(xué)，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?qū)W取代了基因?qū)W，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，但在新型多酚氧化酶中應(yīng)用十分主要。
生物催化劑開發(fā)的推動(dòng)力：
將生物催化劑推向以化學(xué)為基礎(chǔ)的工業(yè)有4方面力量：
社會(huì)力量：社會(huì)需要新技術(shù)、新產(chǎn)品和新的生活方式。社會(huì)也需要開發(fā)新技術(shù)如減少對(duì)環(huán)境影響的技術(shù)等。
商務(wù)力量：利潤(rùn)和成本降低驅(qū)動(dòng)許多變革。商務(wù)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(dòng)生物催化劑成本下降，使之與傳統(tǒng)的無機(jī)化合物和有機(jī)催化劑競(jìng)爭(zhēng)。商務(wù)和經(jīng)濟(jì)需求開發(fā)更好的技術(shù)來選擇和生產(chǎn)比較廉價(jià)的酶。
政府管理部門力量：對(duì)溫室氣體的關(guān)注，特別是CO2、將推動(dòng)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(xì)化學(xué)品。利用整個(gè)有機(jī)生物體作多酚氧化酶生產(chǎn)能量密集產(chǎn)品，代替石油產(chǎn)品使用時(shí)可產(chǎn)生更少的溫室氣體。基因改性有機(jī)生物體引起的管理方面的關(guān)注，要求對(duì)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(yīng)用生物催化工藝，但是這些政策有可能變化。
基礎(chǔ)研究的壓力：基礎(chǔ)研究對(duì)真理的探索和發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了巨大的工業(yè)和實(shí)際技術(shù)的進(jìn)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(jìn)展。基因工程原來只是為了解如何在類似物種中轉(zhuǎn)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(zhǎng)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(dòng)生物技術(shù)的4個(gè)方面的發(fā)展：
社會(huì)壓力推動(dòng)產(chǎn)品問世、技術(shù)方面壓力推動(dòng)基礎(chǔ)研究和發(fā)現(xiàn)、管理方面壓力推動(dòng)環(huán)境效應(yīng)改進(jìn)、商務(wù)方面壓力推動(dòng)利潤(rùn)提高和成本降低。
新來源
多酚氧化酶傳統(tǒng)依賴培養(yǎng)的篩選方法其實(shí)損失了絕大部分微生物資源。由于占群落中絕大部分的微生物不能培養(yǎng)，使得科學(xué)家發(fā)展了一種新方法。這種方法不需要預(yù)先培養(yǎng)就能開發(fā)這些微生物的基因組以用于生物技術(shù)。這一令人興奮的研究領(lǐng)域被稱為宏基因組學(xué)。宏基因組是指特定環(huán)境全部生物遺傳物質(zhì)總和，決定生物群體生命現(xiàn)象。
從來源于宏基因組脫氧核糖核酸構(gòu)建的文庫(kù)中篩選新生物催化劑或基因的策略有兩種：基于活性(功能)的篩選和基于序列的篩選。無論是那種方法都要首先用合適的載體和宿主構(gòu)建DNA文庫(kù)，構(gòu)建小片段(<10kb)文庫(kù)可使用常規(guī)的克隆載體，但這種文庫(kù)難以檢測(cè)到大基因簇和操縱子，為了突破這種限制，研究者開始構(gòu)建大片段基因文庫(kù)。常用的載體為柯斯質(zhì)粒(允許插入片段的長(zhǎng)度為25～35 kb)和BAC (約200kb)。大腸桿菌仍是最常用的宿主菌。
基于活性的篩選首先要確定能表達(dá)出所需特性的克隆，然后通過序列和生化分析表征這些克隆，這種方法能較快地找到可用于工農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥的蛋白質(zhì)和天然產(chǎn)物。另一種基于序列篩選的手段是對(duì)宏基因組克隆進(jìn)行測(cè)序，無論是全部或隨機(jī)測(cè)序都是一種發(fā)現(xiàn)新基因的有效手段。
兩種篩選方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，互相補(bǔ)充，將二者巧妙結(jié)合就能從天然分子庫(kù)巾取得最大收獲。
生物催化技術(shù)
現(xiàn)狀
Staathof報(bào)道中提到目前有134種工業(yè)級(jí)生物轉(zhuǎn)化，其中水解酶（44%）和氧化還原酶（30%）在工業(yè)生物催化應(yīng)用中占主導(dǎo)地位；
由A.Liese,K.Seelbach,C.Wandrey主編的工業(yè)生物轉(zhuǎn)化（Industrial Biotransformations，ISBN：3-527-31001-0）詳細(xì)介紹了工業(yè)應(yīng)用中的酶、酶的來源、酶生產(chǎn)企業(yè)和相關(guān)反應(yīng)的底物和產(chǎn)物種類和數(shù)量；
生物催化的平均效率為：產(chǎn)物濃度：100g/l，得率：69.5%。
應(yīng)用前景
生物催化與生物轉(zhuǎn)化是人類賴以生存的生態(tài)系統(tǒng)將太陽輻射的巨大能量加以固化與儲(chǔ)存的有效手段，是地球上一切生物質(zhì)循環(huán)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)特征，也是人類從石油文明向“低碳經(jīng)濟(jì)”過渡的最佳途徑。生物催化與生物轉(zhuǎn)化已經(jīng)作為新一代工業(yè)生物技術(shù)的主體，寫入國(guó)家的中長(zhǎng)期科技規(guī)劃(2006—2020)，并得到973計(jì)劃和863計(jì)劃的大力支持。
藥用化合物一般是與人體內(nèi)的 酶、蛋白質(zhì)或其他功能性生物大分子發(fā)生特異性相互作用的活性小分子。因此，在藥物分子的制造過程中引入酶作為催化劑也就不難理解。然而，要將自然界普遍存在的生物催化過程轉(zhuǎn)化為高效的工業(yè)生產(chǎn)過程，不僅取決于技術(shù)上能否發(fā)現(xiàn)與目標(biāo)分子(多數(shù)為人工合成的非天然化合物)有效結(jié)合并發(fā)生催化作用的酶，而且取決于經(jīng)濟(jì)上生物催化過程相對(duì)于其他工藝路線(例如化學(xué)合成或微生物發(fā)酵)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。因此，相對(duì)而言生產(chǎn)規(guī)模較小、純度要求較高的藥物生產(chǎn)便自然而然地成為生物催化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的首選目標(biāo)。
由于一系列因素的綜合作用，生物催化逐漸發(fā)展成一項(xiàng)變革技術(shù)。這些因素包括：
大規(guī)模及廉價(jià)的脫氧核糖核酸測(cè)序技術(shù)；呈指數(shù)增長(zhǎng)的基因庫(kù)數(shù)據(jù)；強(qiáng)大的定向進(jìn)化和高通量篩選技術(shù)；高效的酶蛋白表達(dá)系統(tǒng)；天然產(chǎn)物生物合成機(jī)理的深入認(rèn)識(shí)；代謝工程與途徑工程的工業(yè)化成功應(yīng)用。
自2003年以來，生物催化和生物轉(zhuǎn)化技術(shù)的發(fā)展受到我國(guó)政府的高度重視。國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃和\'863\'計(jì)劃均增列了生物催化和生物轉(zhuǎn)化專題，中國(guó)科學(xué)院和一些著名高校掀起了研究熱潮，中石化、中石油、中糧集團(tuán)等國(guó)有大企業(yè)集團(tuán)受到吸引，紛紛投資開發(fā)生物能源、生物材料與生物質(zhì)化學(xué)品的工業(yè)技術(shù)。
催化技術(shù)產(chǎn)品
我國(guó)在生物催化領(lǐng)域涌現(xiàn)了一批具有代表性的產(chǎn)品，主要包括大宗化學(xué)品、生物能源、食品和精細(xì)化學(xué)品等，產(chǎn)值已達(dá)3500億元以上。許多產(chǎn)品如味精、檸檬酸、青霉素和維生素c等的生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到世界第一，在國(guó)際上占有舉足輕重的地位。同時(shí)，我國(guó)成功實(shí)現(xiàn)了許多傳統(tǒng)產(chǎn)品的改造和升級(jí)，一批新的技術(shù)和產(chǎn)品正在獲得大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，在能源、材料和化學(xué)品制造領(lǐng)域大顯身手。
通過多年的建設(shè)和積累，我國(guó)已構(gòu)建了新的生物催化和生物轉(zhuǎn)化的研究體系與技術(shù)平臺(tái)，應(yīng)用新技術(shù)手段的新菌種和酶的改造和篩選已形成體系，極大地提高了篩選效率、縮短了周期。以糧食作物和油料作物為原料的生物煉制體系形成了新的產(chǎn)業(yè)模式，纖維質(zhì)原料規(guī)模化水解制備燃料乙醇受到青睞，秸稈氣化熱電聯(lián)產(chǎn)整套系統(tǒng)也已形成。
此外，我國(guó)精細(xì)化學(xué)品的制造技術(shù)平臺(tái)也已經(jīng)形成，基因工程菌發(fā)酵平臺(tái)日趨成熟與完善。過程與裝備技術(shù)也得到快速發(fā)展，如模擬移動(dòng)床和膜分離裝備被引入1,6-二磷酸果糖和核苷酸的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中，大大減少了原材料消耗、水耗和污染物排放，降低了成本，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。目前為止，我國(guó)已開展了大量的生物催化和生物轉(zhuǎn)化的研究和開發(fā)工作，并成功地對(duì)部分過程進(jìn)行了綠色改造，取得了顯著效果。
生物催化是指利用酶或者生物有機(jī)體(全細(xì)胞、細(xì)胞器、組織等)作為催化劑進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化的過程，又被稱為生物轉(zhuǎn)化。生物催化具有一些化學(xué)方法無可比擬的優(yōu)點(diǎn)：(1) 專一性強(qiáng)，具有獨(dú)特、高效的底物選擇性(化學(xué)選擇性、區(qū)域選擇性和立體選擇性)；(2) 環(huán)境友好，通常用水作為反應(yīng)媒介(水是最綠色的溶劑)；（3）反應(yīng)通常在室溫和常壓下進(jìn)行，減少了能源的使用，降低了反應(yīng)的不可控性；(4) 減少了保護(hù)、脫保護(hù)步驟，原子經(jīng)濟(jì)性好，并能完成一些化學(xué)合成難以進(jìn)行的反應(yīng)。基于綠色化學(xué)的十二條準(zhǔn)則，生物催化成為當(dāng)前國(guó)際公認(rèn)最綠色的化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)之一。將生物催化應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，原材料的消耗和污染物排放將會(huì)大量減少，不但緩解環(huán)境問題，成本也會(huì)降低，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益。因此，生物催化是綠色化學(xué)與綠色化工發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。
-----尚科生物醫(yī)藥（上海）有限公司蘇金環(huán)，祝俊．生物催化的發(fā)展與展望．生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)．2010，4：28-34
參考資料 >