生物化工研究现状与发展趋势
生物催化在化工中的应用与发展研究
生物催化在化工中的应用与发展研究在当今的化工领域，生物催化作为一项具有创新性和可持续性的技术，正逐渐展现出其巨大的潜力和广阔的应用前景。
生物催化利用生物体内的酶或微生物细胞作为催化剂，实现化学反应的高效、选择性转化，为解决传统化工方法带来的环境问题和能源消耗问题提供了全新的思路和解决方案。
一、生物催化的基本原理生物催化的核心在于酶的作用。
酶是生物体内产生的具有催化活性的蛋白质，它们能够在温和的条件下（如常温、常压和近中性 pH 值）加速化学反应的进行。
酶的催化作用具有高度的特异性和选择性，能够识别特定的底物分子，并将其转化为特定的产物。
这种特异性和选择性使得生物催化能够在复杂的化学体系中实现精准的反应控制，减少副反应的发生，提高反应的效率和产物的纯度。
此外，微生物细胞也可以作为生物催化剂。
微生物细胞内含有多种酶系，能够协同作用完成复杂的化学反应。
通过对微生物的培养和改造，可以使其适应特定的化学反应条件，实现目标产物的合成。
二、生物催化在化工中的应用1、制药领域在制药工业中，生物催化被广泛应用于药物合成。
例如，利用酶催化反应合成手性药物中间体，能够获得高光学纯度的产物，提高药物的疗效和安全性。
一些抗生素、激素和维生素的合成也借助了生物催化技术，降低了生产成本，提高了生产效率。
2、精细化工在精细化工领域，生物催化可用于生产香料、香精、化妆品等。
例如，利用脂肪酶催化酯交换反应制备具有特定香气的酯类化合物；通过氧化酶催化氧化反应合成具有抗氧化性能的化妆品成分。
3、农业化工生物催化在农业化工中也发挥着重要作用。
例如，利用微生物发酵生产生物农药，具有低毒、高效、环境友好等优点；通过酶催化反应合成植物生长调节剂，能够精准调控植物的生长发育。
4、环境保护在环境保护方面，生物催化可用于废水处理和污染物降解。
一些特定的酶和微生物能够分解有机污染物，将其转化为无害物质，降低环境污染。
三、生物催化的优势1、高效性生物催化剂具有极高的催化效率，能够在短时间内完成大量的化学反应，大大提高了生产效率。
我国生物化工产业发展中存在的问题及对策分析
我国生物化工产业发展中存在的问题及对策分析摘要：我国生物化工产业的可持续健康发展，对社会各方面的作用不可忽视。
因生物化工在自身发展中所暴露出来的问题，在一定程度上限制了科研成果的转化率，进而影响到对社会生产生活的支持。
对此，本文结合我国生物化工的产业特点、发展现状，提出了一些发展建议。
关键词：生物化工；产业发展；政策导向；人才培养引言：生命科学是生物技术的基础，是自然科学一个门类的方法和工程学的基本原理，借助于生物剂生产加工生物原材料，其所产生的产品为社会提供了物质服务。
且相关单位科学转化生物化学的科研成果，其所批量生产的生物化工产品代表着社会发展的新产业，同时也为更多人提供了就业机会。
但是，相比较先进国家来说，我国生化反应器仍然需要快速发展，突破大批量生物化工技术的生产石化二次产品，促进产业化发展发生新的变革。
1.生物化工的产业特点及优势生物化工是生物与化工技术及相关产业的融合体，生物细胞的催化与转化是产业化发展的平台，化工工程产业的发展，促使实验室呈现出先进化、规模化特征，促使生物技术转向工业化发展方向，进而使得生物化工行业间的融合，为社会创造出新的价值，如化工、生态修复、医疗卫生、食品加工、造纸等。
并且，生物化工技术以化工为核心，重点开发生物活性的催化转化成果，将初级的化工材料转化为附加值较好的化学或生物制品。
由此可以看出，生物化工具有明显的优势，如长周期、绿色安全、高经济效益等。
相比较传统形式的石化产业，生物化工产业的健康发展是一种可循环的碳素绿色模式，比石化产业节能了30%-50%能耗，且对环境污染程度也明显优越于石化产业。
对此，生物化工产业是我国新兴战略性的产业，未来近30%化工产业将会被生物化工技术所取代，这也是我国产业化发展的主攻方向之一。
1.生物化工产业的发展现状2.1生物化工产业自身影响因素首先，工业结构问题。
生物化工产业化发展，关系到很多行业的经济利益，其市场增值价值的递增，越来越多企业单位加入到此生产链条中。
我国生物化工产业发展中存在的问题及对策
我国生物化工产业发展中存在的问题及对策生物化工产业涉及到的行业、企业众多，其科研成果以及产品生产环节会直接对国计民生造成影响，因此应当对生物化工产业的发展予以关注。
近年来，越来越多的技术手段被应用到生物化工产业生产中，推动了科研成果的产生以及生产工作的顺利展开，但是不能忽略问题的存在，对此展开探讨有着重要意义。
标签：生物化工产业；问题；对策1 生物化工的发展特点生物化工是生物技术的一个重要分支。
与传统化工相比，生物化工具有突出的特点：一是以可再生资源为原料，不依赖于地球上有限的资源，更注重再生资源的利用。
玉米作为生物加工的最佳可再生资源，将发挥越来越重要的作用。
目前，国外玉米化学工业的利用和发展的重点是以玉米淀粉糖为原料生产3-羟基丙酸，进一步开发丙烯酸和丙二醇，通过发酵生产丁二酸，开发丁二醇。
四氢呋喃，为工程塑料和特种纤维氨纶提供原料。
材料。
两者均在常温常压下制备，反应条件温和。
生产工艺一般为常压、常温、低能耗、选择性好、效率高。
它可以连续运行，节约能源，减少环境污染；三是一个不能用一般技术和传统方法解决的问题，并且会产生目前无法生产或生产的问题。
用化学方法生产难以生产出性能优良的新产品。
由于这些优势，生化工业已成为化工领域的一个重要产业。
生化工程已成为重要的化工技术。
它是生物技术产业化的关键和化学技术的主要前沿。
2 我国生物化工产业发展中存在的主要问题2.1 国家缺乏完善的统筹规划管理虽然近年来我国生物化工产业研究获得了一定的成果，但是从整体来说这一产业仍处于发展时期，我国对其发展的关注度并不足，没有设立专业的组织机构对生物化工生产予以统筹规划以及指导，相关部门无法协调展开工作。
科研是生物化工产业发展中不可缺少的一个环节，但是课题安排并不合理，科研工作受到一定的阻碍。
同时，生物化工产业生产涉及到的部门以及单位较多，而各个部门及单位并没有制定统一的工作制度，沟通與交流不足，利益协调中存在较多的问题，最终致使产业链条难以有效展开运作。
生物化工
神奇的生物化工1、什么是生物化工生物化学工程（又叫生化工程或生物化工）是化学工程与生物技术相结合的产物，是利用生物技术(酶、微生物、细胞及细胞组织)结合化学工程原理进行化学品的加工生产过程，是生物技术的重要分支。
2、生物化工的特点：②要以可再生资源作原料；③反应条件温和，多为常温、常压、能耗低、选择性好、效率高的生产过程；④环境污染较少；⑤投资较小；⑥生产目前不能生产的或用化学法生产较困难的性能优异的产品。
3、发展现状目前全球已拥有年销售额大于10亿美元的生物技术产品数10个。
到本世纪末，全球生物化工工业产品销售额可达1伽X〕亿美元。
仅美国从事生物技术制品生产的公司约1300多家，其中较大的生物制药公司有225家，年工业投资达350亿美元。
90年代初，日本生物技术产业总产值占国民经济总值的5%以上，计划至2005年，生物技术创造的产值将是国民经济总产值的10%左右。
生物化工是生物技术产业化的关键，目前生物技术主要在医药、农业及保健食品领域，但是生物化工在化学品的制备中发展是最快的，每年以18%的速度发展，许多过去以化学法生产的化学品如丙烯酞胺等都开始采用生物法生产，可见生物化工在化学工业中的重要作用。
4、发展中存在的问题（1）上游技术中,研究细胞构建技术,提高加工技术效率和扩大其实用性的方法,其中包括基因工程构建技术菌种、筛选和变异等。
（2)大规模细胞培养的工程学。
（3)生物反应器及过程检测与控制技术,主要是大规模细胞培养及酶反应过程的工业装置及测控技术。
5、发展前景与趋势在生物化工的今后发展中学科交叉是发展趋势,生物化工与生命科学、能源及环境科学的交叉将使其更加欣欣向荣,尤其生物化工与生命科学的交叉,是当今生物化工领域的前沿学科,今后十年以生物制药为引领的生物化工工业是生物技术中实现产业化经济的领域。
利用生物技术发展绿色化学工业、开发新能源、实现环境保护,关系到人类的可持续发展,是最潜力的工业。
生物化工过程的优化与评估研究动态分析
生物化工过程的优化与评估研究动态分析在当今科技飞速发展的时代，生物化工领域正经历着深刻的变革和进步。
生物化工过程的优化与评估作为提高生产效率、降低成本、保障产品质量的关键环节，一直是科研人员关注的焦点。
本文将对生物化工过程的优化与评估研究动态进行深入分析，旨在为相关领域的发展提供有益的参考。
一、生物化工过程优化的重要性生物化工过程通常涉及复杂的生物反应、物质传递和能量转化等多个环节。
优化这些过程可以显著提高生产效率和经济效益。
例如，通过优化培养基配方、反应条件和工艺流程，可以增加目标产物的产量和纯度，同时减少副产物的生成。
此外，优化还可以降低能源消耗和环境污染，实现可持续发展。
二、生物化工过程优化的方法1、实验设计与优化实验设计是生物化工过程优化的基础。
常用的实验设计方法包括正交设计、均匀设计和响应面法等。
这些方法可以有效地筛选影响过程的关键因素，并确定最佳的实验条件。
例如，响应面法可以通过建立数学模型来描述因素与响应之间的关系，从而实现对过程的优化。
2、模型建立与模拟建立数学模型是深入理解生物化工过程的重要手段。
模型可以包括动力学模型、传质模型和热力学模型等。
通过模拟生物化工过程，可以预测不同条件下的过程性能，为优化提供指导。
同时，模型还可以用于放大生产过程的设计和优化。
3、智能优化算法随着计算机技术的发展，智能优化算法在生物化工过程优化中得到了广泛应用。
例如，遗传算法、粒子群优化算法和模拟退火算法等。
这些算法可以在复杂的搜索空间中快速找到最优解，提高优化效率。
三、生物化工过程评估的指标1、产物产量和质量产物产量是衡量生物化工过程生产能力的重要指标，而产物质量则直接关系到产品的市场竞争力。
例如，在发酵过程中，需要关注发酵液中目标产物的浓度、纯度和活性等指标。
2、能源消耗和环境影响能源消耗是生物化工过程成本的重要组成部分，而环境影响则关系到企业的社会责任和可持续发展能力。
评估过程中需要考虑废水、废气和废渣的排放情况，以及能源的利用效率。
生物化工技术发展现状和趋势探讨
生物化工技术发展现状和趋势探讨摘要：在科学技术进步、现代设备更新的背景下，众多领域均以自动化、数字化、智能化为方向，取得了新的发展，生物化工领域也不例外。
生物技术是生物工程相关领域的核心，该技术在食品、医药等行业应用水平愈发提高的同时，还开始向其他领域扩展应用，在化工、石油等领域得以应用并取得一定应用成果，目前，生物技术与化工技术不断融合，生物化工技术在推动工业领域发展方面发挥着重要的作用。
本文将从生物化工技术概念概述、发展现状分析和发展趋势未来展望三方面入手，希望为化工领域指明未来发展方向。
关键词：生物化工技术；发展现状；未来趋势一、生物化工技术概述生物化工是化学工程的一个分支领域，将生物技术与化学工程技术结合在一起，运用生物体系突破化学领域的研究瓶颈，化学反应、化学新材料以及化工技术等均在生物技术的应用过程中，取得了新的发展。
生物化工技术是科学技术发展进步的结果，也是化学工程领域发展的重要技术。
生物质能源、生物药物制造技术、生物催化技术、生物分离纯化技术等均是重要的生物化工技术，能推动化学工程领域发展更加高效、高质、环保，且能在研究生物体系的过程中，降低化学工程发展成本[1]。
二、生物化工技术发展现状分析在科学技术和先进设备的支持下，生物化工技术在各领域的应用愈发活跃，且辅助领域内的从业者取得了一定的发展成果，生物化工技术推动相关领域高效、环保、低成本发展。
以膜分离这一生物化工技术为例，该技术基于对生物细胞膜构成、功能的分析，研发生物化工膜分离技术，如，高分子膜、液体膜等，主要采用的分离法有超滤、微滤、纳滤、反渗透，在化学工程得到广泛应用，借助生物特点和生物技术，推动化学工程发展。
由有机高分子聚合物制成的高分子膜，能让流体高效通过膜，将流体物质与其他物质分离开来。
反渗透膜是最为常用的高分子膜，是生物化工膜分离技术发展最快、应用最广的技术。
该技术在海水淡化、污水及废水处理方面的应用效果较好，具有较高的应用价值和较大的潜在价值。
生物化工产业的发展前景
生物化工产业的发展前景近年来，生物化工产业受到越来越多关注，主要是因为生物技术的快速发展和化学工业的一系列环境问题。
生物化工产业是以生物技术为基础，利用生物体制造化学品、燃料、医药等产品的产业。
其前景光明，已成为国际产业竞争的焦点之一。
一、生物化工产业的现状随着全球经济的发展，生物化工产业得到了快速发展。
据数据显示，2019年全球生物化工市场规模达到1100.91亿美元，2025年预计将达到1630.14亿美元。
在国内，2019年我国生物化工行业产值达到1.12万亿元，同比增长16.69%。
目前，生物化工产业的产品范围非常广泛，包括生物质燃料、生物可降解塑料、生物农药、生物肥料、生物医药等。
其中，生物燃料和生物可降解塑料是生物化工产业的热点领域。
生物燃料不仅能减少对石油的依赖，减少CO2的排放，还能有效解决能源危机问题。
生物可降解塑料可以减少塑料污染，保护环境，为可持续发展作出贡献。
二、生物化工产业的发展趋势1. 绿色化发展随着全球环保意识的提高，生物化工产业将更加注重绿色化发展。
在生产过程中减少或消除有害物质的排放，采用可再生、可降解的生物原料，研究新的高效清洁生产技术，推广清洁生产，促进生产节能减排。
2. 产业升级当前，国内生物化工产业仍以低端产品为主，难以满足市场需求。
随着技术的发展和市场的变化，生物化工产业将逐步向中高端升级，争取在国际市场上获得更大竞争优势。
3. 生产流程数字化数字化是未来产业的必然发展趋势。
生物化工产业将逐步推行数字化生产流程，提高生产效率和品质，降低生产成本。
数字化技术将改变生产和研发模式，加速产品研发和市场推广。
4. 合作共赢在国际竞争中，合作是生物化工产业的重要策略。
生物化工产品的研发、生产和销售需要在全球范围内合作共赢，以满足市场需求和提高产品竞争力。
三、生物化工产业的发展机遇1. 生物技术迅速发展当前，生物技术迅速发展，发明新的生产方式和生物原料，大大促进了生物化工产业的发展。
化工行业的技术趋势和前沿研究
化工行业的技术趋势和前沿研究随着科学技术的不断进步和人们对生活质量的不断追求，化工行业作为重要的工业领域之一，也在不断演进和发展。
在这个全球化时代，化工行业的技术趋势和前沿研究备受关注。
本文将探讨化工行业的技术趋势以及目前正在进行的前沿研究。
一、技术趋势1. 绿色化工随着环境污染和资源短缺问题的加剧，绿色化工成为了化工行业的重要发展方向。
绿色化工注重减少对环境的污染和资源的浪费，通过改进工艺和技术，推进可持续发展。
例如，通过采用绿色催化剂和可再生原料，降低了废弃物和有毒副产物的产生，使生产过程更加清洁和环保。
2. 数字化与智能化随着信息技术的快速发展，数字化和智能化正逐渐融入到化工行业中。
通过引入先进的传感器、自动化系统和大数据分析，化工企业可以实现生产流程的监控和优化，提高生产效率和产品质量。
此外，智能化还可以提供实时数据和预测性分析，帮助企业做出更明智的决策。
3. 新材料和高性能化工产品随着科学技术的不断进步，化工行业也不断涌现出新的材料和高性能化工产品。
这些材料具有更好的性能和更广泛的应用领域，为各行各业带来了巨大的发展机遇。
例如，新型聚合物材料和功能性化合物在汽车、电子、航空航天等领域得到了广泛应用，推动了相关行业的快速发展。
二、前沿研究1. 生物化工生物化工是当前化工行业的前沿研究方向之一。
通过利用生物酶和微生物等生物体的特性，生物化工可以实现高效、选择性的合成化学反应。
生物化工不仅可以降低能耗和环境污染，还能减少对有限资源的依赖。
在生物酶工程和代谢工程等领域，许多创新性的研究正在进行，为化工行业的发展带来了巨大的潜力。
2. 纳米技术纳米技术是当今科技领域最具潜力和前景的研究方向之一。
在化工行业中，纳米技术可以用于材料的改性和功能优化，提高产品的性能和品质。
例如，通过纳米材料的添加，可以提高材料的强度、导电性和热稳定性。
此外，纳米技术在催化剂、分离膜和药物输送等领域也有广泛的应用前景。
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专题报道生物化工研究现状与发展趋势 欧阳平凯 韦 萍 姚 忠 (南京工业大学,南京210009) 摘 要 综述了化学生物学作为一个化学与生命科学交叉的新兴学科,正在世界各国迅速兴起,并逐渐成长为未来几十年或更长一段时间内的重要前沿方向。
生物化工是20世纪中叶兴起的一项重要的化学工业技术,它是建立在高效化学化工技术与生命科学的相互交叉与融合的基础之上,充分体现了学科交叉的优势,必将引起现代化学化工技术产生革命性的变革。
并在全面概述当今化学化工行业的发展现状的基础上,重点阐述了当今生物化工技术研究的前沿领域。
关键词 生物化工,研究概况,发展趋势中图分类号 Q 503 文献标识码 A 文章编号 1000-6613(2003)01-0001-07 纵观当代科学技术发展,不难发现,当今世界上最受重视的技术是IT 技术和纳米技术,发展最快的科学是生命科学[1]。
能源、资源、环境与材料科学技术亦受到国家高度重视。
化学化工则表现出一种相对被淡化的趋势。
虽然环境污染问题是人们对化学化工某种程度上的误解,但应看到化学向其他学科的主动渗透以及利用其他学科的成就发展自身的工作相对薄弱,与其他学科的深层次的交叉不够,才使人们产生这种观点并使化学与一些重大的发现失之交臂。
实现学科交叉可能是化学化工走出低谷的正确途径。
一些化学化工学者已经开始重视与其他科学的交叉。
应当说学科交叉是学科发展与技术创新的源泉,产生了诸如能源化工、资源化工、材料化工等一些大有作为的化学化工新领域。
其中由化学及其工程学与生物学的交叉与渗透产生的生物化工,无疑将给化学化工专家提供一个范围广阔而欣欣向荣的发展领域。
生物化工是化学化工与生命科学的交叉学科,也是当今化学化工的前沿学科,是化学工程师向生命科学进军的新领域。
1 生命科学的巨大进步20世纪后叶,生命科学的各领域取得了巨大的进展,特别是分子生物学的突破性成就,使生物技术在自然科学中的位置发生了革命性的变化。
很多科学家认为在未来的自然科学中生物技术将要成为带头学科,甚至预言21世纪将是生物学世纪。
在未来的21世纪生命科学将蓬勃发展,生物技术对自然科学将起到巨大的推动作用。
作者认为生物学之所以发展如此迅猛,并取得当今显赫的地位,关键原因是在过去的50年中生物学家十分重视它与物理学、化学的交叉,二战后所有的诺贝尔生理医学奖中大多数都是生物学和物理学、化学交叉(10项除外)相关,其中23项与化学(分子科学)有关。
例如,已在生物技术中取得了无可争辩的主流地位的分子生物学,就充分体现了生物学与分子科学的交叉。
其主要奠基人J.D.沃森博士认为,他成功的真谛是深刻地领会了“他山之石可以攻玉”。
他的脱氧核糖核酸(DNA )双螺旋结构的提出,是以核酸化学大师夏尔科夫的脱氧核糖核酸的碱基结构和弗兰克林女士的X 射线衍射照片为基础。
实际上后来的DNA 重组和基因克隆技术都涉及化学(分子科学)中的分子断裂、分子重排等分子结构及分子反应性原理。
他的成功充分体现了学科交叉的优势。
分子生物学是在分子水平上研究生命现象本质与规律的科学。
分子生物学的核心是遗传信息,也就是从DNA 分子到核糖核酸(RNA )分子,再到蛋白质分子的信息传递过程,称为遗传信息传递的“中心法则”。
各种生物的基因组结构及生物基因表达过程在各层次上的调控已成为分子生物学研究的主要领域。
随着人类基因组计划(Human G enome Project ,HGP )的顺利进行,人类基因组的全序列的测定完毕,为全部遗传信息的破译奠定了基础。
生命科学的研究已进入后基因时代(post -genome era ),研究的重点也从结构基因过渡到功能基因研究。
但是生物功能的主要体现者或执行者是蛋白质,细胞的许多重要功能是由蛋白质完成,因此对基因组的研究已回归到对基因的执行体———蛋白质收稿日期 2002-12-04。
第一作者简介 欧阳平凯(1945—),男,教授,博士生导师,中国工程院院士,中国化工学会副理事长,中国化工学会生物专业委员会主任委员。
电话025-*******。
・1・ 2003年第22卷第1期 化 工 进 展 CHEMICAL INDUSTR Y AND EN GIN EERIN G PRO GRESS图1 21世纪生物化工发展框架组学的研究,特别是对功能蛋白质组的研究[2～4]。
曾参与人类基因组项目的塞莱拉公司总裁文特尔说:“我们打算建立研究蛋白质的机构”,这是非常重要的。
拜耳、默克和辉瑞等许多制药公司正在进行与应用前景有关的蛋白质研究。
21世纪生物化工发展框架见图1。
目前蛋白质的研究已进入可以从构象出发进行分子力学计算、模拟和改造天然活性肽的功能;模拟酶的主客体分子间相互识别和相互作用也取得了重要进展;基因与蛋白质组学的研究主题虽然仍是育种与药物,但由它所发展的一系列新概念、新知识、新方法涉及催化材料学家所关心的酶的作用与酶的模型[5]。
生物技术正将主攻目标从医学、农业转向第3个目标———生物催化,并可能引发在催化新材料上的一场革命,有人认为这可能是生物技术应用的第3个浪潮。
2 化学生物学及其技术在生物学领域日新月异的今天,人类已经能够解读关于生命的“天书”,对于开展遗传病、多型现象、人体生理学、蛋白质分子设计、癌症研究以及生命进化领域的研究具有非常重要的意义。
在此基础上,一个以功能基因鉴定为中心的“功能基因组学”领域应运而生,这标志着一个以破译、解读、开发基因组功能为主要研究内容的后基因组时代的来临,其中一个重要的领域就是“蛋白质组学”。
蛋白质组学的主要研究包括对蛋白质表达模式以及功能模式研究两个方面。
目前,人们已经发现和阐明了许多基因及相应蛋白质的结构,并逐步了解其功能,对其功能的研究也逐步由静态水平发展到动态水平,从对结果的研究发展到对过程的研究,由对个体现象的研究发展到对群体现象的研究,这些新的课题给化学家们提供了新的机遇和挑战。
这种机遇的中心就是从化学的角度解读基因组学与蛋白质组学,这或许就是化学生物学的核心[6]。
化学学科是自然科学中的中心学科,化学学科的“结构”和“反应性”语言是诸多自然学科的共同语言,化学是在分子水平上研究物质世界的科学,由于其联系着物理学和生物学、材料科学和环境科学、农业科学和医学,它是所有处理化学变化的基础,故被认为是“中心科学”。
化学学科经历了几个世纪的发展已经逐渐趋向成熟。
高效分离技术的出现,各种仪器分析特别是波谱技术的发展和应用,大大增强了操控和处理复杂结构问题的能力;随着近代有机合成,特别是选择性合成和手性合成技术的发展,今天人们已经能够合成自然界发现和鉴定的任何复杂天然化合物,并且在此基础上能够设计和合成特定性能的新颖化合物。
总之,化学已具备了研究复杂分子和分子体系的能力。
同时,蛋白质、核酸等重要生物有机大分子的化学本质,也决定了化学化工的理论、研究方法、研究手段将成为探索生命科学领域中基本问题(遗传、变异、生理、病理过程及调控等)的有效手段。
近年来化学生物学的迅速崛起恰恰反映了这种化学与生命科学迅速相互渗透的一种趋势。
化学生物学作为一门新兴的交叉学科,它在研究方式上具有一个化学家和生物学家从实验到工程紧密合作的特色,这种学科的密切交叉体现了现代技术科学的活力与优势;而在研究方法上则体现了化学向生物学的深层次渗透,并与生物学共享分子学与反应性原理[7]。
化学生物学在国际上受到高度重视的一个标志是1995年诞生的化学生物学杂志(美国),在其创刊后的5年(1999年),其影响因子(impact factor )就达到了6.157,超过了分子生物学杂志(5.803)。
此外世界著名的Harvard 大学于1995年将其化学系改名为化学与化学生物学系(Department of Chemistry and Chemical Biology )。
2.1 国外化学生物学研究的特点首先是建立一个生物学家和化学家紧密合作的平台,形成了化学家和生物学家的亲密合作关系,体现了一种跨学科的精神。
化学家的浓厚兴・2・ 化 工 进 展 2003年第22卷 趣[1～10]是从复杂的碳水化合物、多肽、蛋白质到DNA/RNA;从组合化学、组合生物学到信号传导;从催化抗体到蛋白质折叠;从生物信息学和结构生物学到药物设计。
在研究方法上生物化学家更关心化学学科向生物学的渗透。
R.Lemer提出:“我的指导思想是化学是中心学科,在生物学和医学中发生的每件事都有它的化学基础……,如果你没有化学的思维,就无法设计许多试验;如果你不能合成分子,那么就会有整个试验层次的研究被排除在你的思考之外。
”化学生物学的工程应用,被认为可能开发出疗效好而副作用小的新药;从研究生物催化和生物转化中可以开发出新型高效的生物催化剂和生物催化体系;医药和制药工业等领域的技术进步正期待着从其发展中得到新的机会[8,9]。
2.2 国外在该领域的主要研究方向[3,9～12]2.2.1 化学小分子对生物大分子的调控作用从天然化合物和化学合成中发现对生命体系代谢过程具有调控作用的物质;发展作用于新靶点的新一代治疗药物;发现生物合成和自然界分子进化的调节控制规律。
2.2.2 提供生物过程的组合化学合成多样性分子的新技术和新理论;生物体系中信息传递、靶分子相互识别复杂过程的组合机理和方法。
除此之外,还有催化抗体、金属酶等催化新材料。
总体来看,国内该类研究的特点及研究的内容与国外有相似之处,但这只是狭义的化学生物学研究。
从广义的化学生物学,特别是与基因组学、蛋白质组学的相关领域,国外的基础研究工作发展很快,国内在基础研究领域却相对薄弱。
特别关键的是国内在化学化工学家和生物学家密切合作研究不够,需要构建更多的合作研究平台。
作为一门新兴的前沿发展学科,化学生物学已给我们提供了一个交叉的方式、一种创新的方法、一个广阔的领域,为化学化工专家向生物技术渗透、并与生物学家紧密合作发展为生物催化新材料和新体系提供了很多的机遇。
3 生物催化技术生物催化因其具有转化条件温和、选择性高、生物催化剂制造成本低等优势,已发展成为化学工业的重要技术之一,以催化作用为基础的化学品占化工产品的60%,其技术渗入量占目前化工生产技术的90%,生物催化剂作为生物催化的核心,已经成为各国学者及工程技术人员研究的重要内容。
目前,运用酶催化技术进行的有机反应种类很多,见表1。
表1 酶催化技术及催化剂种类酶催化的有机反应类型所用催化剂种类水解反应 酯水解磷酸酯酶、猪肝酯酶、马肝酯 酶、乙酰胆碱酯酶 肽键水解肽链内切酶、肽链外切酶 糖苷键水解葡萄糖苷酶、半乳糖苷酶、葡萄 糖淀粉酶、纤维素酶 环氧化物水解微粒体环氧化物水解酶、胞外环 氧化物水解酶 腈水解腈水合酶、腈水解酶氧化还原反应氧化还原酶类以及相应的辅酶碳-碳键形成反应醛缩酶(aldolase)加成反应 延胡索酸加水生成苹果酸延胡索酸酶(fumarase) 天门冬氨酸脱氨天门冬氨酸酶(aspartase) 氰化氢对醛或酮的不对称加成氧腈酶(oxynitrilase)卤化和脱卤素反应 烯烃加卤反应 炔烃加卤反应卤素过氧化酶(haloperoxidases) 芳香族化合物的加卤反应卤代醇环氧化物酶(halohydrin epoxidases) 21世纪生物技术的发展重点在于工业生物催化,使其成为切实的生产力。