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郑州市生物催化与转化重点实验室介绍


发布部门:食品与生物工程学院  发布时间:2015-04-01  浏览次数:

 

    生物催化与生物转化是指利用酶或者有机体(细胞、细胞器等)作为催化剂进行化学转化的过程。它是迄今为止人们所知的最高效和最具选择性的温和催化体系,不仅可以得到纯度很高的产物,而且可以获得用常规方法难以合成的一些光学纯的手性化合物,同时该体系也是一个典型的环境友好体系。该领域技术的突破对于提高燃料乙醇规模生产的转化效率,加快生物柴油产业化,有效率缓解化石能源日趋紧缺的矛盾,利用可再生的生物质原料生产乙烯、乳酸等大宗原料化工品,缓解我国材料工业对石油等一次矿物资源的过分依赖,大力推进高品质的重要酶制剂的工业生产和应用,全面提升食品工业、饲料工业、轻化工业等传统产业的技术水平。因此,生物催化与转化对工业生物产业具有不可替代的地位与作用。

1、生物催化重点实验室研究方向和主要内容

    生物催化与转化理论与技术是工业生物技术的核心。该领域技术的突破,对于加快生物制造(生物基产品、生物材料、医药中间体和绿色工艺过程)、生物能源和生物环保等生物产业的发展具有关键性促进作用。但是,目前,生物催化与转化在工业应用中还存在生物催化剂种类偏少、功能不强、转化效率低和过程难于控制等亟待解决的重大共性问题,严重制约着生物产业的发展。为此,建立的生物催化与转化重点实验室将围绕以上问题具体开展如下研究方向和内容。

(1)生物催化剂的高效挖掘、修饰和改造技术研究;

    重点针对生物催化剂在工业应用方面的技术障碍,从极端微生物或构建的宏基因文库中挖掘新酶基因,构建多种基因工程高效表达系统,研究酶结构与功能的关系,研究开发生物催化剂的定向改造与分子设计技术,以期获得具有重大工业应用前景的新型生物催化剂。

    该研究方向具体进行几个方面的研究内容:具有转糖苷功能糖苷酶的挖掘及结构改造研究;生物能源相关用酶的挖掘及结构改造研究;医药中间体合成脂肪酶的挖掘及结构改造研究;轻化工食品用酶的高效挖掘及发酵优化。

(2)生物转化系统的基础研究;

    在微生物基因组与功能基因组的基础上,针对细胞生物转化系统中存在的辅酶再生、能量平衡和电子传递等难点进行关键基因的深入研究,建立微生物转化途径与细胞性能优化的新策略,以期获得具有重要工业应用价值的工程菌株。

    该研究方向具体进行3个方面的研究内容:多羟基化合物立体选择性转化生物体系的基础研究;氨基酸生物转化体系的研究;丁醇、丙酸及琥珀酸等生物基化学品的生物转化体系研究。

(3)生物催化与转化过程基础研究。

    围绕生物催化与生物转化过程中存在的复杂相态、底物传质和底物产物抑制等问题,研究化学-酶耦合催化、分离耦合催化、外加物理场耦合催化过程中的共性理论问题,特别是催化过程中各种化学、物理因素对生物催化剂或生物转化系统的作用,以及在此作用下的构象变化与反应速度、转化率和立体选择性的关联。

    该研究方向具体进行3个方面的研究内容:糖苷酶合成潜香物质两相体系酶催反应的过程研究;定向酶法合成耦联超滤循环制备分子量相对均一的右旋糖酐的研究;真菌多糖合成发酵调控研究。

 2、科研队伍及能力

    生物催化重点实验室所依托的郑州轻工业学院食品与生物工程学院多年的建设和积累,形成了一支年龄、学历和知识结构合理的学术梯队。由36人组成。具体如下:

固定研究人员:24人,其中:河南省特聘教授1人,校特聘教授1人,教授7人,副教授12人,博士(后)21人,管理人员3人,技术工人3人。

    该学院近5年来共承担各类科技项目40多项,其中主持承担国家自然科学基金项目5项,国家“十一五”重大专项和“863”项目各1项,省部级重大科技项目和其他各类科技攻关项目21项;发表学术论文268篇,其中SCI,EI,ISTP三大收录论文50篇。具体体现在以下方面:

(1)生物催化的理论和方法:在脱氢酶、糖苷酶、脂肪酶、淀粉酶、葡聚糖酶、蛋白酶、漆酶等催化机理和底物拓展,以及蛋白质、天然产物酶法改性等方面进行深入研究,取得了显著的成绩。

(2)生物催化剂改造的方法学:利用分子定向进化技术、基因组学和蛋白质组学,将果糖基转移酶、氧化葡萄糖杆菌醇脱氢酶、α-1,6-葡聚糖酶在大肠杆菌和酵母菌中大量表达,初步实现产业化。

(3)重要生物催化体系的催化机理:系统揭示了离子溶液中糖苷酶催化蔗糖酯1→2糖苷键形成反应机制;利用脂肪酶对前体化合物拆分得到手性物质(2S)-6-氟-3,4-二氢-4-氧代-2H-1-苯并吡喃-2-羧酸,并进一步制备糖尿病药物“法地司他”。

3、基础设施建设

    本实验室设置于郑州轻工业学院教三楼9层和12层,面积共800 m2,此外食品与生物工程学院还有现代分析实验室,面积约200 m2。总科研用房达1000 m2。

    实验室现有主要仪器设备总值约1000万元,主要仪器包括GC/MS、高压液相色谱系统、低压液相色谱系统、全自动发酵罐、超高压设备、PCR仪、荧光定量PCR仪、凝胶成像系统、紫外分光光度计、冷冻离心机等。

    依托以上先进的仪器设备我们建立了一批国内一流,极具特色的“生物催化”领域的实验室,如“分子酶学研究室”、“生物技术与食品安全研究室”、“烟草相关生物技术研究室”等

 

 

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