酶的分类、来源和应用及酶的化学模拟
化学先生 / 2019-07-27
酶的分类、来源和应用
据推测，自然界大约存在2500种酶，其中的2100种已被国际生化学会所确认，并按酶催化的反应类型将其分为6大类:氧化还原酶(oxidoreductase,537种)、转移酶(transferase, 559种)、水解酶(hydrolase, 490种)、裂解酶(lyase, 231种)、连接酶(ligase, 合成酶，83种)和异构酶(isomerase,98种)。
酶可以来源于动物脏器、植物种子和微生物细胞。由于微生物种类多，约20万种，几乎自然界所有的酶都能从微生物中找到，加之微生物生长周期短，成本低，而且可以通过发酵大规模制备，工业上应用的酶主要来源于微生物。
原则上，任何一种化学反应都可以找到一种酶来催化。 然而，在实际应用中有85%是水解酶类，15%是氧化还原酶和异构酶，在水解酶中， 蛋白水解酶又占70%，碳水化合物水解酶占26%，脂类水解酶占4%，主要用于轻工和食品等行业，特别是生产加酶洗涤剂。
在石油化工和精细化工中最有应用潜力的是氧化还原酶，由于20世纪石油化学工业的发展对资源和环境造成了巨大压力，21世纪将进人清洁能源利用和生物质转化的时代。综合考虑酶的来源和化学工业的需求及可持续发展，氧化还原酶和水解酶将是最有应用前景的两大酶类。
酶的化学模拟
尽管酶催化反应具有反应速率快、反应条件温和、选择性高的优点，但由于酶是具有催化功能的蛋白质，对热很不稳定，在储存和反应过程中容易失活。
其次由于酶来源于动植物和微生物细胞，酶催化反应产物是细胞新陈代谢的排泄物，在反应体系中的浓度不能过高，从而限制了酶催化剂的大规模制备和酶催化过程的生产强度。对酶进行化学模拟，合成具有酶的结构和功能的化学催化剂，一直是催化化学家追求的目标。
然而由于酶是生物大分子，结构非常复杂，很难从分子结构上进行全合成。即使是结构已知的酶分子，如细胞色素C-P450和叶绿素，它们的分子分别是由铁卟啉和镁卟啉构成的。但由于活性中心结构的复杂性和含有辅酶、金属离子及辅因子等，用相应的过渡金属卟啉体系去模拟其催化功能仍不够理想。
20 世纪80年代初兴起的纳米半导体光催化和90年代初发现的钛硅分子筛选择氧化，揭开了用无机催化材料模拟酶催化功能的序幕。它们可以在接近于室温的条件下模拟光合作用中的水分解和单加氧酶催化氧化反应，而且具有很高的活性和选择性。
由此可见，尽管酶的结构和功能密切相关，但从应用角度而言，酶的化学模拟不定 要求从分子结构上进行全合成，主要是模拟酶的催化功能。使其具有和化学催化剂相当的化学稳定性，高生产强度，而且容易大规模制备。
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