生物催化

生物催化劑是指以酶作為生物催化劑的化學反應（催化）的實施和加速或控制。 酶完全或主要由一種或多種蛋白質組成，有時還包含輔因子。 生物體內的大多數生化反應都是由特定的酶催化的。

當在技術應用（生物技術）中使用生物催化時，酶，無論是分離的還是在活細胞中，都被用來催化化學反應。 這是一個處于生物技術和化學交叉領域的年輕領域。

然而，有時也區分生物催化作為所有酶催化生化反應的總稱，而其他兩個術語用于技術應用（生物技術）中的酶催化反應。

釀造啤酒是生物催化的一個例子，是人類已知最古老的化學過程之一。 使用細菌、酵母或真菌的生物催化過程已為人所知幾個世紀，尤其是在葡萄酒、啤酒、奶酪和其他食品的生產中。 生物催化過程也已在制藥工業中使用了很長時間。

它部分是關于實現無法以其他方式進行的反應，部分是關于用有毒試劑和溶劑替代現有的合成。 在可持續性方面，這些正在被更溫和的方法所取代，因為生物催化劑通常在水中和 20 至 40 °C 的溫度下工作。

具有重要經濟意義的生物催化過程的例子有維生素 C 的生產、阿斯巴甜的生產、淀粉糖化成葡萄糖漿以及通過酶促裂解青霉素 G 生產抗生素。

生物催化劑用于有機合成的優勢主要在于選擇性，這是實現高產率的先決條件。 酶在化學選擇性、區域選擇性、非對映選擇性和對映選擇性方面具有優勢。

酶通常在溫和的條件下反應，因此在給定的反應條件下只有一個官能團發生反應。 這也意味著生物催化過程的產品通常更純，副產品的分離問題更少。

由于酶的復雜結構，它們通常催化區域選擇性和非對映選擇性反應。 酶的經常存在的手性可以在各種反應中轉移到前手性底物以產生對映體純的組分。 這些成分作為手性結構單元非常受歡迎，特別是在農業化學中藥用物質和活性成分的生產中。

溫和的反應條件、在許多反應中使用水作為溶劑以及生物降解性是對生物催化進行深入研究的原因。

改進生物催化酶的成功方法是定向進化和合理的蛋白質設計。

對于不對稱生物催化，可以區分兩種基本方法； 一方面是外消旋體的動力學拆分和生物催化不對稱合成。

在動力學外消旋體拆分中，外消旋體在酶的幫助下發生轉化。 由于酶的手性，外消旋混合物中的一種對映異構體在生物催化下對目標產物反應更快，而另一種不反應。

生物催化不對稱合成是一種反應，其中前手性成分被對映選擇性地轉化為手性成分，如酵母對酮的對映選擇性還原。