生物工程,是以生命科学为基础,利用生物体本身的功能及特性,定向设计构建出具有预期性状的新品系或新物种,为了给社会提供服务和产品的综合性技术体系,与工程原理相结合并进行研究加工。直接进入生物生命之神秘,展示出所有本质性的生物生命规律。第一代生物工程是在公元前几千年前,原始人类用粮食进行酿酒、制醋,这是最早开始的生物工程;Antonie Van Leeuwenhoek(1632-1723)在1680年发明了显微镜,标志着人类进入第二代生物工程,同时,Pasterr L的“鹅颈瓶实验”证明了发酵的原理,在同一时期的1941年,Fleming 运用沉没培养法,表面培养除了青霉素;第三代生物工程中,以基因工程为核心的高科技综合体系诞生。
基因工程,也叫作基因操作、重组DNA技术,是一门实验性较强的学科。基因工程的出现,标志着任意一种不同的生物的基因都能够通过基因重组技术连接到一起,这说明,我们可以根据自己想法去改变甚至是改造生物的遗传特征,还有可能创造出意想不到的新生物。基因工程的蓬勃发展开始于1973年美国斯坦福大学的Stanley Cohen和Herbert Boyer两人成功的实现基因重组和蛋白的异原表达,30多年的进步和发展下来,现在,基因工程已经成为生物技术的核心内容【2】。生物学也被许多科学家预言成为21世纪最重要的学科,并且基因工程相关领域的产业也将会成为21世纪最具有影响力的产业之一【3】。
在生物工程中,有一个神奇的存在,就是酶,他就像魔术师一样的,是生命的光辉照耀千秋万代。没生活在所有有生命存在的地方。他究竟是什么东西呢?其实很简单,它是具有催化功能的特殊蛋白质,他可以催化各种生物化学反应,神奇的是,反应过后的酶依然保持原样,就像化学实验里面的催化剂一样,所以我们也叫它“活催化剂”。酶的功劳很大,大到如果没有它,我们就又回到了36亿年前。
酶的两大特点就是高效和专一。高效,就是说酶极高的催化效率,和催化能力,它比化学催化剂要快107倍以上。专一,就是指每一种酶都能且只能对应一种结构的物质,也就是说,“一把锁开一把钥匙”。奶酪是最早期的酶的应用。游牧民族为了牛奶方便贮存,在长期的实践中,用少量小牛犊的胃液,制成了奶酪,由此即可看出,中国人民充满智慧。除了这两大特点以外还有一个优点就是反应条件,作为催化剂却只要在常温常压下即可进行,证明了酶的接地气。但是随着人类的开发和应用,动植物中提取的酶已经不能满足人们的需要了,所以微生物的发展成为了酶的主要来源。正确得当的培养方式和条件可以极大的提高酶的产量,再运用正确的方法将其分离提纯,提高浓度,增强其酶的活性。
醇腈酶是用途较广泛的一类酶,在植物体内抵御微生物侵袭方面起着重要作用【4】。醇腈酶在化工方面被应用于手性氰醇的生物催化剂。合成α-羟基酮类酸类、β-氨基醇类化合物的主要活性生物成分就是氰醇,农用化学品和化工制药等领域的中间体和主要原料就是这些氰醇合成的化合物【5】。醇腈酶的底物特异性以及活性位点已经被研究人员利用定点突变技术,还有蛋白质工程等技术改变了。很多重组的醇腈酶都在研究人员的试验中被成功表达,其中就是甲醇酵母、啤酒酵母和大肠杆菌。文献综述
在自然界中,植物通常会受到动物以及真菌的侵袭,为了有效的防止侵袭,植物体内的醇腈酶会对氰醇(氰基的醇类)进行催化,然后释放出来氢氰酸。在HCN和醇腈酶自己具备的高度的生物催化光学选择性,能够催化氢氰酸醛或酮类化合物反应之后生成手性氰醇化合物【6】。手性是在自然界中普遍存在的,在医学和农学等化工领域的应用前景都很乐观和广阔。目前来看,开发和研制手型药物,也是现代制药业和农药的广阔前景,也是科学研究人员有待开发的一项重要领域。醇腈酶也会催化氰基糖苷类化合物,从而分解出防止草食动物摄食的羰基化合物。来源不同的醇腈酶底物专一性也存在极大差异,而且仅、具有不同的催化活性和对映体选择性【7】。