酶的寡聚结构与催化稳定性

酶的结构与催化稳定性是生物催化与转化过程中的研究热点之一。与单体酶相比,寡聚酶在进化过程中亚基之间的聚合使其在结构和功能上具有一定的优越性,然而寡聚酶独特的四级结构导致其在制备和应用中存在诸多问题,如制备效率低、催化位点利用率低、催化稳定性差等,其中亚基解离导致的催化稳定性问题在很大程度上限制了其工业化应用。目前,介质工程、多亚基固定化、亚基界面工程和融合蛋白策略被应用于寡聚酶的催化稳定性改造,而寡聚酶至单体酶的改造策略则试图从根本上解决寡聚酶的制备和应用问题,具有较好的应用前景。本文介绍了酶的寡聚结构演替所产生的新功能,总结了寡聚酶在制备和应用中存在的问题,重点阐述了提高寡聚酶制备效率和催化稳定性的策略。     

化学/酶复合催化法制备生物基化学品研究进展

化学催化与酶催化复合法制备生物基化学品可兼具生物催化剂的高效、高选择性和化学催化剂的稳定性(高温下)等优点,且原料易得、工艺简捷高效、环境友好,以化学/酶复合催化一步法反应制备糖醇、氨基酸和其他生物基化学品中的应用来阐述此方法的优势和意义,并对其在生物质炼制过程的应用进行了展望。     

化学/酶复合催化法制备生物基化学品研究进展

化学催化与酶催化复合法制备生物基化学品可兼具生物催化剂的高效、高选择性和化学催化剂的稳定性(高温下)等优点,且原料易得、工艺简捷高效、环境友好,以化学/酶复合催化一步法反应制备糖醇、氨基酸和其他生物基化学品中的应用来阐述此方法的优势和意义,并对其在生物质炼制过程的应用进行了展望。     

酶分子稳定性改造研究进展

酶催化转化在食品、医药和精细化工等领域起着越来越重要的作用。然而,目前大多数酶反应需要在较温和的条件下进行以维持其正常活性,而在实际应用的逆境中(如高热、高酸、高盐等),酶的耐受性却较差、容易失活从而导致反应效率下降,极大地限制了其推广和应用。因此,对酶分子进行抗逆改造以提高其稳定性和催化活性,是当前研究的热点也是难点。本文从化学修饰和分子改造两个方面总结了酶分子稳定性改造的新进展,从定向进化、半理性设计、理性设计和糖基化修饰4个角度重点阐述了分子改造提高酶稳定性的方法,重点介绍了糖基化作为一种新的酶分子稳定性改造技术的思路。     

木质素碳纳米材料制备及在催化中的应用研究进展

木质素是自然界储量丰富的可再生资源,含碳量高且具有三维网状结构和大量共轭结构。碳材料是一类具有极大应用价值的催化材料,特别是在电催化、热催化和光催化领域。以木质素为原料制备高活性的木质素碳基催化剂是实现木质素高附加值利用有效的途径之一。木质素碳催化材料研究涉及化学、化工和物理等多个学科领域,制备性能优异和稳定性良好的木质素碳基催化剂仍充满挑战。本文主要总结了木质素碳材料的制备研究进展,以及介绍了木质素碳材料在光催化、热催化和电催化等领域的应用研究现状。此外,还分析了当前木质素碳基催化材料存在的问题,并展望了未来的发展趋势和重点研究方向。     

高分散负载型钯基催化剂的制备及催化加氢研究进展

贵金属钯具有良好的催化性能和稳定性,是理想的加氢反应催化剂。贵金属钯成本较高,这一定程度上限制了其在大规模生产中的应用。为了提高贵金属钯催化加氢反应效率和催化稳定性,有效降低贵金属钯的单位消耗,开发高分散负载型钯基催化剂是有效途径之一。综述了近年来高分散负载型钯基催化剂的制备方法及其在加氢反应中的催化行为。     

代谢工程改造微生物合成生物基单体的进展与挑战

单体是合成聚合物所用的小分子基础原料,目前主要来源于化石燃料。利用微生物制备生物基单体具有生产条件温和、环境友好、可持续的优势,是实现高分子材料行业绿色制造的重要途径。借助代谢工程和合成生物学元件,目前已经实现了多种单体的微生物制造,然而与石油基生产工艺相比,这些单体微生物细胞工厂的生产性能普遍较低。围绕代谢工程改造微生物合成生物基单体过程中存在的瓶颈问题,本文基于具体案例分析,从廉价底物的高效利用、提高生物基单体合成效率、强化细胞环境耐受性三个方面,总结了改造微生物合成单体的最新研究进展。同时,讨论了单体微生物细胞工厂目前存在的挑战和未来发展方向。     

pH及温度双重敏感水凝胶的制备与性能研究

采用开环聚合的方法制备了Pluronic/寡聚ε-己内酯嵌段共聚物,该共聚物通过酰氯化反应得到了端基结构为丙烯双键的大分子单体;最后以氧化还原引发剂、采用自由基共聚合方法制备了聚（甲基丙烯酸-co-酰氯化大单体）共聚型水凝胶。性能分析表明所制备水凝胶具有良好的pH和温度双重敏感性。     

氧化石墨烯和过渡金属碳/氮化合物固定化酶

二维纳米材料具有高机械强度和比表面积、大量表面官能团、良好的亲水性及生物相容性,是固定化酶的良好载体。本文选取经典的氧化石墨烯（GO）以及新型的过渡金属碳/氮化合物（MXenes）,分别介绍了它们的制备方法和结构、物理和化学性质,综述了它们在固定化酶领域的应用研究,并进行了比较。文中指出：GO由石墨烯经化学氧化再剥离制得,MXenes由其前体经刻蚀制得,不同的氧化或刻蚀方法制得的材料在组成、结构、性能等方面存在差异。GO表面的可反应官能团更多,包括羟基、羧基和环氧基,故在固定化酶领域应用广泛。MXenes固定化酶则主要利用表面的羟基反应或负电荷吸附,目前主要用于制备生物传感器。最后指出这两种材料还存在制备效率低、纳米片易聚集、循环利用性差等问题。今后的发展方向是要开发更为简单和安全的材料制备方法,探索更为有效的插层和剥离手段以及改善固定化酶的回收策略,进一步推进二维纳米材料在固定化酶领域的应用。     

酚醛树脂基炭微球结构调控与功能化制备研究进展

炭微球具有化学稳定性好、电导率优良、比表面积大、孔结构丰富等优点,在吸附、催化等领域具有广阔的应用前景,引起了研究人员的广泛关注。酚醛基炭微球以酚醛树脂为前体,经高温炭化制备而成,这种制备方法工艺简单、对设备要求低、产率高,而且通过调整反应物和反应条件可实现对炭微球结构和功能性的精细调控,从而更好地满足实际应用的需求。概述了酚醛基炭微球的最新研究进展,分为小粒径炭微球制备、多孔炭微球制备和功能化炭微球制备三个方面,并介绍了酚醛基炭微球在储能、吸附和电催化领域的应用,最后对其未来发展方向进行了展望。     

酚醛树脂基炭微球结构调控与功能化制备研究进展

炭微球具有化学稳定性好、电导率优良、比表面积大、孔结构丰富等优点,在吸附、催化等领域具有广阔的应用前景,引起了研究人员的广泛关注。酚醛基炭微球以酚醛树脂为前体,经高温炭化制备而成,这种制备方法工艺简单、对设备要求低、产率高,而且通过调整反应物和反应条件可实现对炭微球结构和功能性的精细调控,从而更好地满足实际应用的需求。概述了酚醛基炭微球的最新研究进展,分为小粒径炭微球制备、多孔炭微球制备和功能化炭微球制备三个方面,并介绍了酚醛基炭微球在储能、吸附和电催化领域的应用,最后对其未来发展方向进行了展望。     

化学酶法合成盐酸度洛西汀的研究进展

抑郁症的发病率在全球呈现明显上升趋势。盐酸度洛西汀是较好的抗抑郁药物,目前工业上采用全化学合成方法存在着一定的缺陷,而酶催化反应条件温和、环境友好,尤其对手性化合物的合成有极高的对映选择性,引入酶法能弥补化学合成的不足。本文针对化学法和酶法相结合制备手性药物盐酸度洛西汀的研究进展进行了综述,重点介绍了酶法拆分和生物催化不对称合成技术制备盐酸度洛西汀关键单一对映中间体：(S)-1-(噻 吩-2-基)-1-仲醇衍生物的策略,分析了它们的优缺点,展望了发展前景,指出筛选高催化性能和高稳定性的微生物是实现酶催化技术工业化应用的主要方向。     

低水胶比水泥基材料后续水化的研究进展

低水胶比水泥基材料的孔隙率低,力学性能、耐久性能和抗冲击性能优异。然而,低水胶比水泥基材料中的自由水含量低且可供水化产物沉淀的空间有限,限制了水泥颗粒的水化反应,导致其内部存在大量未反应的胶凝材料。本文阐述了水泥的后续水化过程及机理,综述了后续水化对低水胶比水泥基材料微观结构、体积稳定性和强度等方面影响的研究进展。最后对目前低水胶比水泥基材料后续水化研究中存在的一些问题进行了总结和展望,旨在为低水胶比水泥基材料的长期稳定性研究和应用提供理论依据。     

D-氨基酸氧化酶的分子改造及应用研究进展

D-氨基酸氧化酶是一类含有黄素腺嘌呤二核苷酸的氧化还原酶,能够催化D-氨基酸氧化脱氢,生成相应的α-酮酸、过氧化氢和氨。该类酶在自然界中分布广泛,主要来源于真核生物和少数原核生物。作为一种经典的生物催化剂,D-氨基酸氧化酶具有反应条件温和、底物谱广泛、对映体选择性好等特点,在合成医药、农药和精细化学品等方面具有重要的应用价值。本文综述了D-氨基酸氧化酶的基本蛋白结构特征及其催化机制,重点介绍了D-氨基酸氧化酶底物特异性和热稳定性分子改造的策略和代表性成果以及该类酶在生物催化中的应用,例如制备7-氨基头孢烷酸、手性氨基酸、胺类化合物和α-酮酸。最后探讨了D-氨基酸氧化酶目前在生物催化应用过程中存在的问题。后续的研究可围绕新酶的挖掘与改造展开工作。基于对映体选择性和底物识别的分子机制,理性设计酶的催化性能,并以挖掘或改造获得的D-氨基酸氧化酶作为新酶元件,用于构建功能化学品生物合成新途径。     

大肠杆菌和枯草芽孢杆菌来源γ-谷氨酰转肽酶的克隆表达和性质比较

γ-谷氨酰转肽酶(GGT)是生物体内谷氨酰循环的关键酶,在生物有机合成领域具有重要的应用价值。今建立了大肠杆菌和枯草芽孢杆菌GGT的克隆、重组及诱导表达方法。在此基础上,分别考察了重组大肠杆菌GGT(rE_GGT)和重组枯草芽孢杆菌GGT(rB_GGT)的催化特性和稳定性。结果表明,rE_GGT对供体对硝基苯胺(GpNA)的亲和力(Km)优于rB_GGT,但rB_GGT的催化常数(kcat)高达3.48×105 s?1,是rE_GGT的20倍。稳定性研究表明,rE_GGT在pH 6~9和T45℃条件下的稳定性明显优于rB_GGT;但当温度超过45℃时,rB_GGT的稳定性更佳。通过对rE_GGT和rB_GGT的氨基酸组成及其大、小亚基界面相互作用力的分析表明,rE_GGT大小亚基间疏水键的数目明显多于rB_GGT,有助于稳定其四级结构,使其在中低温下具有良好的稳定性;而rB_GGT氨基酸组成中荷电残基和芳香族残基的比例较高,可有效维持其二级结构的稳定性。     

Ni与Co催化乙醇制氢研究进展

乙醇制氢具有环保、清洁、可持续等优点,其关键在于选择合适的催化剂。相较于贵金属催化剂而言,Ni与Co基催化剂因其具有成本低且活性高的优点,近年来在乙醇催化制氢中逐渐成为研究热点。然而Ni与Co基催化剂在催化乙醇水蒸气重整制氢的过程中仍存在着稳定性较差、低温催化活性低和使用寿命较短等问题。本文介绍了乙醇制氢的机理,围绕载体的类型及催化剂活性纳米颗粒的合金化改性,综述了近年来Ni与Co基催化剂催化乙醇水蒸气重整制氢的研究现状,总结了提高催化剂性能的方法及措施,并展望了Ni与Co基催化剂未来的发展方向,为颗粒尺寸小且低温催化活性高、稳定性好的Ni与Co基催化剂的制备提供思路。     

纳米酶催化剂制备方法研究进展

酶催化具有化学、区位和立体选择性,这使得其成为绿色合成化学品的理想催化剂。然而,天然酶常因其在工业催化条件下的活性和稳定性较低而难以使用。纳米技术为构建高效酶催化剂提供了新的可能性。通过简便、高效、低成本的方法制备出具有高催化活性和高稳定性的纳米酶催化剂,同时提高纳米酶催化剂的可操作性和可回收重复使用特性是其中的关键问题。介绍了纳米酶催化剂的研究现状和制备方法,重点介绍了采用共沉淀方法制备酶-无机晶体杂化纳米催化剂、酶-金属有机骨架材料杂化纳米催化剂,以及制备具有温度和磁响应特性的纳米酶催化剂,并对纳米酶催化剂在酶催化合成医药化学品方面的应用前景进行了探讨。     

酶的化学糖基化修饰的研究进展

生物酶作为一种高效、环境友好的催化剂已广泛应用于医药、食品、环境等领域。然而,酶的催化功能易受到环境条件如温度、pH、金属离子及抑制因子等影响,酶蛋白在结构和化学上固有的不稳定性限制了其工业应用。利用化学糖基化修饰可有效改善酶的催化性能,增强其结构和功能稳定性,且修饰过程具有操作简单、成本较低等优点。本文对酶的化学糖基化修饰策略及其应用进展作了综述。     

纳米酶催化剂制备方法研究进展

酶催化具有化学、区位和立体选择性,这使得其成为绿色合成化学品的理想催化剂。然而,天然酶常因其在工业催化条件下的活性和稳定性较低而难以使用。纳米技术为构建高效酶催化剂提供了新的可能性。通过简便、高效、低成本的方法制备出具有高催化活性和高稳定性的纳米酶催化剂,同时提高纳米酶催化剂的可操作性和可回收重复使用特性是其中的关键问题。介绍了纳米酶催化剂的研究现状和制备方法,重点介绍了采用共沉淀方法制备酶-无机晶体杂化纳米催化剂、酶-金属有机骨架材料杂化纳米催化剂,以及制备具有温度和磁响应特性的纳米酶催化剂,并对纳米酶催化剂在酶催化合成医药化学品方面的应用前景进行了探讨。     

耦合末端盐桥与定点突变的重组腈水合酶催化动力学

双亚基腈水合酶是催化丙烯腈水合生产丙烯酰胺的重要工业酶。通过Discovery Studio 2.5软件对C-末端盐桥耦合定点突变改造的耐热型基因重组腈水合酶NHaseM-TH-SBM(S344K-S346K-L347E-N362S-435DT436(+))进行盐桥网络分析,发现其全局盐桥总数有所下降,但双亚基界面间盐桥数量提高到7个。在重组大肠杆菌中表达了原腈水合酶NHaseM-TH(TH)、盐桥突变酶NHaseM-TH-SB(SB)和盐桥耦合定点突变的重组酶NHaseM-TH-SBM(SBM),研究了3种酶的催化反应动力学和失活动力学。结果表明,SBM的腈水合酶活性为543.9 U·mg?1,比TH提高了31.0%;其米氏方程催化速率常数Kcat比TH提高了20%。SBM的表观失活常数KD在25~42℃范围内均明显低于对照TH,在42℃时为TH的68.0%,显示了良好的热稳定性。SBM是活性和稳定性同时提高的重组腈水合酶。