https://www.doczj.com/doc/8a577105.html, 用呼吸缺陷型酵母催化4-氯-3-羰基丁酸乙酯的不对称还原
倪宏亮，姚善泾*
(浙江大学化学工程与生物工程学系，浙江杭州 310027)
摘要：通过紫外诱变，经2，3，5-氯化三苯四氯唑平板和非发酵型碳源培养基鉴定，得到6株面包
酵母的呼吸缺陷型变异株。考察了6株呼吸缺陷型酵母催化4-氯-3-羰基丁酸乙酯的不对称还原反应，
分别测定了其中3株呼吸缺陷型酵母的线粒体复合体Ⅰ、Ⅰ+ Ⅲ、Ⅱ+ Ⅲ和Ⅳ的活性。结果表明，4-
氯-3-羰基丁酸乙酯的转化率在49~75%之间，产物收率在31~69%之间，对映体过量值最高可达72%，
比正常酵母的54%提高了18%；3株突变株线粒体内复合体I-Ⅳ的活性与正常酵母相比都有不同程度
的下降。
关键词：呼吸缺陷型；面包酵母；不对称还原；线粒体复合体；紫外诱变；4-氯-3-羰基丁酸乙酯
Asymmetric Reduction of Ethyl 4-chloro-3-oxobutanoate with Respiratory-Deficient Mutants of Baker’s Yeast
NI Hongliang, YAO Shanjing
(Department of Chemical and Biochemical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, Zhejiang,
China)
Abstract：Six respiratory deficient (RD) mutants of baker's yeast were induced with ultraviolet radiation, which were identified by 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride plate and carbon sources without sugar. The characteristics of asymmetric reduction of ethyl 4-chloro-3-oxobutanoate catalysed by six RD mutants were studied. And activities of four complexes, Ⅰ, Ⅰ+Ⅲ, Ⅱ+Ⅲ and Ⅳ, in electron transfer chain of three RD mutants were detected separately. The results showed that the conversions of ethyl 4-chloro-3-oxobutanoate catalyzed by RD mutants were among 49%~75%, and yields were among 31%~68%, while enantiomeric excess (e.e.) of RD mutants increased to 72%, which was 18% higher than that
of natural baker's yeast. The activities of 4 complexes in RD mutants were all lower than in normal yeast.
Key words:Respiratory deficient; Baker’s yeast;Asymmetric reduction; Mitochondria complex; Ultraviolet mutagenesis; Ethyl 4-chloro-3-oxobutanoate
1. 引言
为了改变酵母催化不对称还原反应的立体选择性和催化速率不高[1]的状况，必须深入了解酵母内部的酶系构成和对酵母进行改造已十分必要，其中呼吸缺陷型酵母是一种比较好的选择。呼吸缺陷型酵母指在酵母线粒体膜上组成呼吸链的
*收稿日期：2007-11-5. 第一作者：倪宏亮，男，博士研究生；
联系人：姚善泾. Tel: (0571)87951982; Fax: (0571)87951015; E-mail: yaosj@https://www.doczj.com/doc/8a577105.html,.
基金项目：高等学校博士点学科专项科研基金(No：20050335131)资助
https://www.doczj.com/doc/8a577105.html, 细胞色素c，a，b等蛋白质基因缺失突变，导致线粒体膜结构不完整和菌体氧化磷酸化功能缺失[2, 3]。在刘立明等人的工作中，发现由于呼吸缺陷型光滑球拟酵母电子传递链的受阻，在糖酵解过程中产生的NADH会累积[9]，若将呼吸缺陷型酵母用于不对称还原反应，有可能加快氧化还原反应的进行。在厌氧条件下，呼吸缺陷型酵母只能利用发酵型碳源生长[4]，其糖酵解酶系和醇脱氢酶系的活性很高，利用它可增加酒精产量[5, 6]。而醇脱氢酶系是不对称还原反应的重要酶系之一，因此利用呼吸缺陷型酵母或许可以提高其立体选择性。
目前尚未有以呼吸缺陷型酵母用于不对称还原的报道。本文将以经过纯化的市售面包酵母，通过紫外诱变得到呼吸缺陷型酵母，考察呼吸缺陷型酵母在催化4-氯-3-羰基丁酸乙酯不对称还原反应中的特性，为进一步研究酵母的不对称还原机理做一些探索性工作。
2.实验部分
2.1 培养基配方
YEPD培养基：酵母提取物（购自Oxiod公司） 10 g/L，蛋白胨 20 g/L，葡萄糖 20 g/L，pH7.0。
发酵型碳源培养基[7]：酵母提取物 3.0 g/L，蛋白胨 3.5 g/L，KH2PO4 2.0 g/L，MgSO4?7H2O 1.0 g/L，(NH4)2SO4 1.0 g/L，葡萄糖 20 g/L，pH5.5。
非发酵型碳源培养基[7]：1 %乳酸盐（替代葡萄糖），其他组成与发酵型培养基相同。
鉴别上层培养基[4, 8]：葡萄糖 5 g/L，2，3，5-氯化三苯四氯唑（triphenyl tetrazolium chloride，TTC，购自华东师范大学化工厂） 0.5 g/L，琼脂 1.0%（m/v）。
2.2 紫外诱变呼吸缺陷型酵母的方法
将纯化后的面包酵母(Baker’s yeast, Saccharomyces cerevisiae, 购自广东梅山-马利酵母公司，浙江大学生物工程研究所纯化保藏）在YEPD培养基中培养24 h，稀释至106倍，涂布于琼脂平板上，在35 w紫外灯下40 cm处，分别照射不同的时间；照射过的平板以锡箔纸包裹避光以防止光复活，置于30 o C恒温箱培养，待长出菌落后鉴定。
2.3 呼吸缺陷型面包酵母的鉴定
在长出白色菌落的平板上，倒入鉴别上层培养基，30 o C恒温培养2-3 h，正
常酵母菌落变成红色，呼吸缺陷型酵母仍为白色。可初步确定白色菌落为呼吸缺陷型酵母，再分别接种到发酵型碳源培养基和非发酵碳源培养基中进一步鉴定。在发酵型碳源培养基中生长而在非发酵碳源培养基中不生长的，则可以确定为呼吸缺陷型酵母（respiratory-deficient yeast ， RD yeast ），分别命名为RD-1~6。
2.4 酵母线粒体内复合酶活性的测定[9-11]
酵母细胞线粒体呼吸链酶复合体Ⅰ、Ⅰ+ Ⅲ、Ⅱ+ Ⅲ的测定：在30 o C 下按表1[9]所示条件进行，用酶在单位时间内的反应速率来表征酶复合体的活性。
表1. 线粒体复合酶活性检测方法a
Complex
pH 7.4
3mmol/L
0.1mol/L
3 6 10mmol/L
C 0.1mmol/L
H 2O
Other conditions
Ⅰb 1.5 — 0.05 0.3 0.1 0.45
0.1 mol/L NADH
0.3 ml
Ⅰ+Ⅲc 1.5 0.3 0.05 — 0.4 —
0.1 mol/L NADH
0.3 ml
Ⅱ+Ⅲd
1.5 0.3 0.05 —
0.4 —
0.01 mol/L succinic
acid 6μl
a
All units shown in the table is ml. All experiments start with adding 0.3 ml mitochondrial suspension.； b Assay was monitored at 340 nm ；. c&d Measurement was done at 550 nm.
e
Ⅰ,Ⅰ+ Ⅲ, Ⅱ+ Ⅲ standed for different complexes in mitochondrial
复合体Ⅳ测定：在1 ml 石英比色皿中加入0.1 mol/L ，pH 6.0的磷酸钾缓冲液0.25 ml ，0.1 m mol/L 还原型Cyt c 0.4 ml ，用可见光-紫外分光光度计Ultrospec ? 3300 pro （购自Amersham 公司）在550 nm 波长下连续监测1 min 至吸光值稳定后，加入线粒体悬浮液30μl 作为起动剂，在550 nm 与565 nm 波长处监测5 min ，每隔1 min 记录在两个波长下的吸光值。
3. 结果与讨论
3.1呼吸缺陷型酵母的生长曲线
利用分光光度仪测定在发酵型碳源培养基中不同酵母在600 nm 下透光率随时间变化的曲线，可以了解呼吸缺陷型酵母与正常酵母在生长发酵方面的差别。得到6株呼吸缺陷型酵母和正常酵母的生长曲线，结果如图1所示。
https://www.doczj.com/doc/8a577105.html,
10
20
30
40
50
60
481216
2024
Culture Time,h
O D 600
图1 面包酵母和呼吸缺陷型酵母在发酵型培养基中的生长曲线（生长条件：170 r/min,30 o C ）
由图1可见，呼吸缺陷型酵母的生长速率和生长密度明显低于正常酵母，在相同时间内其细胞的密度也比正常酵母的低，这是因为呼吸缺陷型酵母通过发酵产乙醇来维持酵母的代谢，有氧条件下每分子葡萄糖经糖酵解产生6或8个ATP ，小于通过氧化磷酸化过程产生的30个ATP ，导致胞内能量代谢放慢，所以突变株生长较慢，通过镜检发现，呼吸缺陷型酵母的菌落形态较小。 3.2呼吸缺陷型酵母催化不对称还原反应
将6株呼吸缺陷型酵母和正常酵母分别用于羰基的不对称还原反应，反应的条件为[1]：25 ml PBS 缓冲液中，加入2.0 g 湿菌体，50mmol/L 4-氯-3-羰基丁酸乙酯（Ethyl 4-chloro-3-oxobutyrate ，COBE ，购自Acros 公司），0.5 g 葡萄糖，在30 o C ，170r/min 摇床中振荡反应。反应的进程及结果如图2、3所示。
C o n v e r s i o n , %
Reaction Time, h
图2 呼吸缺陷型酵母催化COBE 的转化率
反应条件：c 0 (COBE) = 50 mmol/L, pH = 7. 0, m(glucose)=0.5 g, T=30 o C, t = 3h
https://www.doczj.com/doc/8a577105.html,
y i e l d ,%
Reaction Time, h
图3 呼吸缺陷型酵母催化COBE 的收率
反应条件：c 0 (COBE) = 50 mmol/L, pH = 7. 0, m(glucose)=0.5 g, T=30 o C, t = 3h
在相同反应时间内，正常酵母催化COBE 的转化率可达到100%，而6株呼吸缺陷型酵母的转化率在49%~75%之间；正常酵母催化反应的收率在87%，而呼吸缺陷型酵母的收率在31%~69%之间，由图中可以看出，呼吸缺陷型酵母反应速度较慢。反应3h 后，测其反应产物皆为（S ）-4-氯-3-羟基丁酸乙酯，产物的转化率，收率及e.e.值如表2所示。
表2 正常酵母与呼吸缺陷型酵母催化COBE 结果
Strain Conversion, %
Yield, % e.e., % Baker’s yeast 100 87.8 54.2 RD-1 yeast 58.0 49.7 60.3 RD-2 yeast 64.7 52.3 33.2 RD-3 yeast 69.4 58.6 52.6 RD-4 yeast 74.7 45.9 71.0 RD-5 yeast 75.4 60.1 50.8 RD-6 yeast
49.0
27.3
72.6
由表2可以看出，不同呼吸缺陷型酵母菌株具有不同的立体选择性，其中RD －1、RD －4和RD －6三株呼吸缺陷型酵母的e.e .值明显高于正常酵母。说明通过诱变可以得到具有较高立体选择性的呼吸缺陷型菌株，而不同呼吸缺陷型酵母菌株催化COBE 立体选择性的结果不同。由此可知，诱变过程对酵母内部酶系产生了影响，譬如电子呼吸链受阻的部位不同引起了相关酶活性的不同，
https://www.doczj.com/doc/8a577105.html,
或者导致了其他还原酶系表达量的改变。 3.3 呼吸缺陷型酵母的糖耗曲线
由于细胞内NADH 的含量变化，对酵母反应的速率有较大的影响，酵母细胞内NADH 的变化，可以通过酵母对葡萄糖的消耗情况来确定，因为酵母内糖酵解途径产生NADH ，测定糖耗的速率即可以确定糖酵解途径相关酶活，NADH 的变化也可以相应确定。考察了其中RD-1、RD-3、RD-6三个菌株的变化情况，并与正常菌种进行比较。
图4为等量（2 g ）不同类型的湿酵母在2 h 内对20g/L 的葡萄糖降解情况。
G l u c o s e c o n c o n c e n t r i o n , g /L
Time, min
图4 呼吸缺陷型酵母葡萄糖消耗曲线（生长条件：170 r/min,30 o C ）
从图4中可以看出，30 min 内四株不同的酵母都可以将缓冲液中的葡萄糖消耗完；但呼吸缺陷型酵母消耗的葡萄糖浓度较低，说明呼吸缺陷型酵母消耗葡萄糖的速率要比正常酵母要快，这可能是因为呼吸缺陷型酵母电子传递链的破坏导致细胞内ATP 含量减少，细胞处于低能荷状态，激活了糖酵解途径中磷酸果糖激酶的活性，减少了对糖酵解途径反馈抑制，加快了糖酵解作用从而加快了对葡萄糖的消耗。另外，呼吸链的受阻导致糖酵解途径转向发酵途径产乙醇，使NADH 的消耗增加。这说明当呼吸缺陷型面包酵母与呼吸缺陷型光滑球拟酵母电子传递链的受阻[9]时，对糖酵解产生的NADH 存在着不同的代谢途径。
3.4 呼吸缺陷型酵母的复合体酶的测定
酵母呼吸链中含有丰富的酶系，其中包括氧化还原酶系，如琥珀酸脱氢酶、NADH 脱氢酶、细胞色素氧化酶等，因此对于呼吸链中复合体酶的变化进行测定，进一步考察呼吸缺陷型酵母呼吸链的变化情况，对于了解呼吸缺陷型酵母提高反
https://www.doczj.com/doc/8a577105.html,
https://www.doczj.com/doc/8a577105.html, 应立体选择性的原因以及呼吸链对酵母不对称还原催化的影响都有重要意义。
测定了RD-1、RD-3和RD-6线粒体复合体Ⅰ—Ⅳ的活性。复合体的活性定义为单位时间内，单位质量的线粒体引起底物吸光值的变化。结果列于表3。
表3 电子传递链4种复合体的活性比较
Activities of complexes (mg-1·min-1)
Complex
Baker’s yeast RD-1 yeast RD-3 yeast RD-6 yeast
I 1.54 0.82 0.88 0.12
Ⅰ+ Ⅲ 6.35 4.83 3.83 1.62
Ⅱ+ Ⅲ 4.00 3.84 3.22 1.79 Ⅳ 4.63 3.01 1.26 0.68 由表3可以看出，各株呼吸缺陷型酵母的电子传递链复合体活性与正常酵母相比都有不同程度下降；由于细胞色素aa3、b、c为线粒体电子传递链不可缺失的组分[12]，复合体Ⅰ+Ⅲ、Ⅱ+Ⅲ活性下降可能就与突变细胞中缺失细胞色素有关[13]；复合体Ⅳ下降是因为突变酵母中缺乏细胞色素c(mitochondrial cytochrome c, Cty c)造成的。另外，由于复合体活性的下降，使细胞代谢过程中产生的NADH 和FADH2不能通过电子传递链完全氧化，造成细胞内ATP水平下降，使酵母生长缓慢，催化效果降低。由于催化底物生成两种对映体是由不同的氧化还原酶进行催化[14]，比较RD-1、3、6可以发现，RD-6的复活体活性降低最多，而RD-6的立体选择性最高，说明呼吸缺陷型酵母线粒体呼吸链复活体活性降低，可能包括了呼吸链中氧化还原酶活性的降低，而催化产物e.e.增加说明该氧化还原酶为R型酶。
3.5外源电子受体对呼吸缺陷型酵母不对称还原的影响
有研究表明在细胞生长的对数期，呼吸缺陷型菌株中添加一定量乙醛可以促进突变株的生长，提高丙酮酸的生产速率[13]。添加外源电子受体乙醛可以抑制发酵途径，改变NADH的流向，因此在反应中引入外源电子受体乙醛考察其对还原反应的影响，乙醛浓度为2.0 mmol/L。
20
40
60
80
100
C o n v e r s i o n , Y i e l d & e .e ., %
Catalyse with RD-6 yeast
图5 添加外源电子受体对不对称还原反应的影响（反应条件: c 0 (COBE) = 50 mmol/ L,
c (aldehyde) =2.0 mmol/L, pH = 7. 0, m (glucose)=20 g/L, T =30 o C, t = 3h ）
由图5可以看出，在呼吸缺陷型酵母反应溶液中添加外源电子受体乙醛，对酵母催化不对称还原反应的结果没有显著影响。分析其原因可能是：不对称还原反应利用氧化还原酶，以NADH 作为辅酶，将其中的H +用于还原羰基，与EMP 途径生成的NAD +相匹配，平衡了细胞内NADH/NAD +。所以，当外源电子受体与底物一起参与反应时，外源电子受体并未表现出平衡胞内NADH/NAD+的优势，所以添加外源电子受体对氧化还原反应的促进作用不明显。
4 结语
呼吸缺陷型酵母可以用于4-氯-3-羰基丁酸乙酯的不对称还原，反应的立体选择性得到提高，e.e.值可以从54%增加到72%。对酵母细胞线粒体中复合体活性研究发现，复合体I-IV 的活性都比正常酵母低，影响了细胞的生长和相关酶的合成；而反应立体选择性的增加可能是由于呼吸链复活体中存在着催化底物的R 型酶，复活体活性的降低导致R 型酶活力的降低，提高了S 型产物的比例。呼吸缺陷型酵母催化不对称还原反应过程中，添加外源电子受体对酵母催化不对称还原能力的提高帮助不大。这些结果可望推广到其它羰基化合物。
参考文献
[1] 杨忠华, 姚善泾. 催化学报(Yang Z H, Yao Sh J Chin J Catal ), 2004, 25(6):434 [2] Nagai S, Yanagishima N, Nagai H. Microbiol Mol Biol Rev, 1961, 25(4):404
[3] 金建玲, 刘巍峰, 高东. 微生物学通报(Jin J L, Liu W F, Gao D Microbiology ), 2003,
https://www.doczj.com/doc/8a577105.html,
https://www.doczj.com/doc/8a577105.html,
30(5):9
[4] 夏淑兰. 现代应用微生物学实验技术. 北京: 轻工业出版社(Xia Sh L. Current
Experimental Technique of Applied Microbiology. Beijing: Light Industry Press); 1988.45
[5] Fergusona L R, von Borstel R C. Mutat Res-Fundam Mol Mech Mutagen,1992, 265(1):103
[6] 陈龙节. 啤酒科技(Chen L J Beer Science and Technology),2005, (3):45
[7] Gunge N, Sugimura T, Iwasaki M. Genetics 1967, 57(2):213
[8] 胡子斌. 工业水处理(Hu Z B Industrial Water Treatment),2001, 21(10):29
[9] 刘立明, 陈坚, 李华钟, 李寅. 微生物学报(Liu L M, Chen J, Li H Z, Li Y Acta
Microbiologica Sinica), 2004, 44(6):800
[10] Kerscher S J, Okun J G, Brandt U. Journal of Cell Science, 1999, 112(14):2347
[11] Small W C, McAlister-Henn L. J Bacteriol, 1998, 180(16):4051
[12] Bulder C J E A. Antonie van Leeuwenhoek, 1964, 30(1):1
[13] Liu L M, Li Y, Du G C, Chen J. Appl Microbiol Biotechnol, 2006, 72(2):377
[14] Nakamura K, Kondo Sh I, Nakajima N, Ohno A. Tetrahedron, 1995, 51(3):687
广西师范大学 硕士学位论文 含NH官能团Ni(Ⅱ)配合物的合成及其不对称催化氢化性能研究 姓名：张玉贞 申请学位级别：硕士 专业：无机化学 指导教师：陈自卢;梁福沛 20070501
含NH官能团Ni(Ⅱ)配合物的合成及其不对称催化氢化性能研究 中文摘要 2004级无机化学研究生：张玉贞指导教师：陈自卢博士 梁福沛教授 以过渡金属配合物为催化剂催化氢化羰基化合物是近几十年来比较活跃的一个课题。特别是从上世纪90年代以来，对于后过渡金属（如Rh、Ru、Ir）含NH官能团配合物的催化研究更是取得了突破性进步。日本Noyori因在此方面的卓越成就而荣获2001年诺贝尔化学奖。 含NH官能团配合物的催化研究目前主要集中在贵金属（如Rh、Ru、Ir）。而对于3d 金属NH官能团配合物的催化性能研究还非常罕见。本论文合成了一系列Ni(Ⅱ)的NH官能团配合物，对其结构进行了表征，并且选取其中6种配合物检测其催化性能。 1．NiCl2与配体乙二胺（en）、邻苯二胺（opda）和N, N, N’, N’-四甲基乙二胺（tmen）反应得到了三种新配合物：[Ni(en)(2,2′-bipy)(H2O)2]Cl2（1）, [Ni(en)(H2O)2(tmen)]Cl2·2H2O （2）, [Ni(opda)(Phen)Cl2]· CH3OH（3）。配合物（1）属单斜晶系，P21/c空间群，晶胞参数为：a = 14.132(5) ?, b = 8.371(3) ?, c = 15.454(6) ?, β = 115.734(5)°；配合物（2）属正交晶系，P bcn空间群，晶胞参数为：a = 15.005(4) ?, b = 9.591(3) ?, c = 12.505(3) ?；配合物（3）属单斜晶系，C2/c空间群，晶胞参数分别为：a = 13.898(4) ?, b = 18.246(5) ?, c = 10.015(3) ?, β = 126.313(3) °。 2．NiCl2与环己烷乙二胺（dach）和（R, R）-1、2-二苯基乙二胺[(R, R)-dpen] 反应得到了六个新配合物：[Ni(dach)(tmen)(H2O)2]Cl2·2H2O（5），[Ni(dach)(2,2′-bipy)2(Cl)2]·2H2O （6），[Ni2((R, R)-dpen)4(H2O)2Cl2]Cl2·CH3CH2OCH3（8），[Ni((R, R)-dpen)(phen)(CH3OH)2]Cl2（9），[Ni2(dach)2(phen)2 (Cl)2(H2O)2]Cl2（10）, [Ni((R,R)-dpen)(tmen)(H2O)2]Cl2（11）。配合物（5）属正交晶系，I ba2空间群，晶胞参数为：a = 14.160(2) ?, b = 9.8435(14) ?, c = 15.221(2) ?；配合物（6）属单斜晶系，C2/c空间群，晶胞参数为：a = 15.270(15) ?, b =17.732(17) ?, c = 10.244(10) ?, β = 127.535(10)°。配合物（8）属三斜晶系，P1空间群，晶胞参数为：a = 19.738(7) ?, b =10.439(8) ?, c = 16.418(12) ?, α =105.044(11)°，β = 98.591(10)°，γ =90.003(11) °。配合物（9）属单斜晶系，C2/c空间群，晶胞参数为：a = 15.270(15) ?, b = 17.732(17) ?, c = 10.244(10) ?, β = 127.535(10)°，配合物（10）属单斜晶系，P21/n空间群，晶胞参数为：a =12.378(3) ?, b = 13.836(3) ?, c = 21.279(5) ?, β = 101.273(3)°。配合物（11）属三斜晶系，P1空间群，晶胞参数为：a = 9.017(3) ?, b =11.690(4) ?, c = 13.095(5) ?, α = 77.431(4)°，β = 89.984(4) °，γ =69.298(5)°。
2.下图表示某植物的非绿色器官在氧浓度为a、 b、c、d时，CO2释放量和O2吸收量的变化。 下列相关叙述正确的是 A．氧浓度为a时最适于贮藏该植物器官 B．氧浓度为b时，无氧呼吸消耗葡萄糖的量是 有氧呼吸的5倍 C．氧浓度为c时，无氧呼吸最弱 D．氧浓度为d时，有氧呼吸强度与无氧呼吸强度相等 化而变化的曲线（请说出大概形状，及所过的点） (4)若右图中的AB段与BC的距离等长，会所名此时 有氧呼吸释放的CO2与无氧呼吸释放的 CO2相 比，有氧呼吸消耗的葡萄糖量是无 氧呼吸的。（5）在长途运输新鲜蔬菜时， 常向塑料袋中充入氮气，目的是。 蔬菜保鲜应将氧气浓度调到点对应的浓度，更有利于蔬菜的保鲜，是说明为什么。 1. 装置一左移的意义装置二左移的意义4 2.答案：B解析:C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O ;6H12O6 →2CO2 + 2C2H5OH CO2释放量来自呼吸作用，O2吸收量都用于呼吸作用。 A：O2为a时，无的O2吸收，只进行无氧呼吸，贮藏该植物条件低氧多二氧化碳。 B：O2为b时，CO2释放量为8，O2吸收量为3，判定既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，无氧呼吸消耗葡萄糖2.5 有氧呼吸消耗葡萄糖0.5 C：O2为c时，CO2释放量为6，O2吸收量为4， D：O2为d时，CO2释放量和O2吸收量一致，判定只进行有氧呼吸 3. 解析1、氧气量增多，细胞由无氧呼吸转为有氧呼吸，在达到R点前，无氧呼吸释放CO2量都超过有氧呼吸释放量。2、P点的生物学含义是无氧呼吸消失点，由纵轴、CO2生成量和O2吸收量共同围成的面积所代表的植物学含义是（CO2的净释放量）。 3、把阴影的竖线端点全部都画成起点是0，然后将另一端点连线。 4、一样多1/3 5、降低氧气浓度，减少有机物消耗 2.5 此时有氧呼吸强度较低，同时又抑制啦无氧呼吸，蔬菜中有机物消耗最少
思考题及参考答案： 1、什么是生物化工？ 利用化学工程原理和方法对实验室所取得的生物技术成果加以开发，使之成 为生物反应过程的一门学科，是生物化学与工程学相互渗透所形成的一门新学科。它应用工程学这一实践技术，以生物体细胞（包括微生物细胞、动物细胞、植物细胞）作为研究的主角、生物化学作为理论基础，从动态、定量、微观的角度，广泛而深刻地揭示了生物工业的过程。所以生化工程是化学工程的一个分支，也是生物工程的一个重要组成部分。 生物化工是化学工程的一个前沿分支，它应用化学工程的原理和方法，研究解决有生物体或生物活性物质参与的生产过程即生物反应过程中的基础理论及工程技术问题。 2、说说生物化工的特点？ （1）以生物为对象，常以有生命的活细胞或酶为催化剂，创造必要的生化反应条件，不依靠地球上的有限资源，着眼于再生资源的利用。 （2）由于细菌不耐高温，需在常温常压下连续化生产，工艺简单，并可节约能源，减少环境污染。 （3）定向地按人们的需要创造新物种、新产品和有经济价值的生命类物质，开辟了生产高纯度、优质、安全可靠的生物制品的新途径。 （4）生物化工为生物技术提供了高效率的反应器、新型分离介质、工艺控制技术和后处理技术，扩大了生物技术的应用范围。 3、生物反应过程的特点 答：（1）稳定性较差
由于采用生物催化剂，可在常温常压下进行反应，且可运用重组DNA技术及细胞融合技术改造生物催化剂，但生物催化剂易于失活，易受环境影响和污染，一般采用分批操作。 （2）污染小 可采用再生性的生物资源为原料，来源丰富，价格较低，过程中产生的废料危害性较小，但往往形成原料成分不易控制，对生产控制和产品质量带来影响。（3）设备简单，能耗小 生物反应过程的生产设备较为简单，能量消耗较少，但由于过高的底物和产物会给酶带来抑制作用和微生物细胞不能耐受外界溶液过高的渗透压，反应液的底物和产物浓度不能太高，造成反应器体积很大； （4）反应机理复杂，产物提取困难 酶反应的专一性强，转化率高，但成本较高；发酵过程应用面广，成本较低，但反应机理复杂，难以进行控制，产物中常含有杂质，给提取带来困难。 4、生物化工具体研究的内容有哪些？ 答：（1）原料预处理 即底物（酶催化反应中的作用物）或培养基(发酵过程中的底物及营养物，也称营养基质)的制备过程，包括原料的物理、化学加工和灭菌过程。 （2）生物催化剂的制备 生物催化剂是指游离或固定化的活细胞或酶，微生物是最常用的活细胞催化剂，酶催化剂则从细胞中提取出来。 菌种分离、筛选、选育是生物催化剂制备的关键。 重组DNA技术及细胞融合技术改造或构建新的生物催化剂。
第!!卷第"期 化学反应工程与工艺#$%!!，&$"!’’"年(!月)*+,-./%0+/.1-$2324-2++5-24/267+.*2$%$489+.:!’’"文章编号：!""!#$%&!（’""%）!!!!!!!!!!!!" """"%#"(()#"% 研究简报收稿日期：!’’";’<;(<；修订日期：!’’";’=;!= 作者简介：王>盛（(?@(A ），男，硕士研究生；杨立荣（(?"!A ），男，教授，通讯联系人。3;,/-%：%58/24B CDE:+6E:.2 基金项目：国家自然科学基金资助项目（!’FF"’(’）；国家?GF 计划资助项目（!’’F)HG("’’@）酵母细胞催化（!）;";氯;=;羟基;F;羰基己酸叔丁酯的不对称还原王>盛>吴坚平>徐>刚>杨立荣（浙江大学材料与化工学院生物工程研究所，浙江杭州>F(’’!G ）摘要：通过实验筛选出了对（!）;";氯;=;羟基;F ;羰基己酸叔丁酯具有较强还原能力的菌株。利用热预处理的方法提高了反应的立体选择性，并以稳定期的菌株为催化剂，考察菌龄、底物的加入量、菌体浓度、转化时间、转化温度和IJ 值对该反应的影响，得到较佳的反应条件是F’K ，IJ 值":’，底物浓度(4L M ，湿菌体浓度(’’4L M ，转化<@*。在此条件下进行反应，产物的收率和"#$#值可分别达到"@:FN 和?=:(N 。关键词：（!）*%*氯*(*羟基*&*羰基己酸叔丁酯；（&"，(!）*%*氯*&，(*二羟基己酸叔丁酯；酵母；不对称还原中图分类号：+&’,-’.%//文献标识码：0（F %，=!）;";氯;F ，=;二羟基己酸叔丁酯是一种重要的药物中间体，可用于合成羟甲基戊二酰辅酶O （JPQ;)$O ）还原酶的抑制剂（他汀类药物）［(］。这类药物可以有效地防止动脉粥样硬化和冠心病的 发生。目前合成（F %，=!）;";氯;F ，=;二羟基己酸叔丁酯的主要方法有化学法和生物法。R$%S+54P 等［!］ 将（!）;";氯;=;羟基;F;羰基己酸叔丁酯不对称加氢还原成（F %，=!）;";氯;F ，=;二羟基己酸叔丁酯，产物的非对映体过剩值"#$#（6-/T1+5+$,+15-.+U.+TT V/%E+）可达??:=N ，但需要在低温下加氢，对反 应器的要求较高，而且所用的催化剂价格昂贵，因此成本较高。WX5E+26+5J 等［F ］利用乳酸菌催化还 原";氯;F ， =;二羰基己酸叔丁酯生成（F %，=!）;";氯;F ，=;二羟基己酸叔丁酯，收率 2005年第25卷有机化学V ol. 25, 2005第6期, 634～640 Chinese Journal of Organic Chemistry No. 6, 634～640 ygzhou@https://www.doczj.com/doc/8a577105.html, * E-mail: Received August 2, 2004; revised October 25, 2004; accepted November 23, 2004. No. 6 卢胜梅等：芳香杂环化合物不对称催化氢化反应的研究进展 635 坏稠环的芳香性比完全破坏单环的芳香性所需能量低. 另外, 芳香杂环化合物的氢化比非芳香杂环化合物容易, 这一方面因为杂原子对所在的环有活化作用; 另一方面, 杂原子上的孤对电子可参与和催化剂的金属原子配位, 使催化活性中心靠近底物从而发生氢化反应. 所以在芳香稠杂环化合物氢化时, 一般都是含杂原子的环被氢化[5]. 在均相催化体系中, 第一例报道的芳香杂环化合物的氢化是在1987年, Murata 等[8]使用原位产生的(＋)-(DIOP)RhH 作催化剂, 乙醇作溶剂, 室温下对2-位取代的喹喔啉1进行不对称氢化(Eq. 1), 反应需36～72 h, 产物2-甲基-1,2,3,4-四氢喹喔啉只有3%的对映选择性(Table 1, Entry 1). 虽然ee 值很低, 但毕竟实现了对芳香杂环化合物均相不对称氢化, 为后来致力于研究芳香杂环化合物不对称氢化的工作者开辟了道路 . 1998年, Bianchini 研究小组[9]利用邻位金属化铱的二氢复合物fac -exo -(R )-[IrH 2{C 6H 4C*H(Me)N(CH 2CH 2- PPh 2)2}] (L1) 作催化剂, 实现了对2-甲基喹喔啉(1)的高对映选择性氢化, 取得了高达90%的ee 值(Table 1, Entry 2), 但转化率只有54%, 当转化率为97%时, ee 值为73% (Table 1, Entry 3), 反应要在100 ℃进行, 甲醇和异丙醇是最好的溶剂选择. 这是目前对2-甲基喹喔啉氢化取得的最好结果. 同一研究组在2001年又报道了用[(R ,R )-BDPBzPIr(COD)]OTf 和[(R ,R )-BDPBzPRh(NBD)]- OTf 作催化剂, 对2-甲基喹喔啉(1)进行氢化[10], 但ee 值不理想, 分别为23%和11% (Table 1, Entries 4 and 5). 在反应中, 他们发现铑的活性比铱的高, 但对映选择性低. 2003年, Henschke 和Casy 等使用Noyori 的RuCl 2- 氢化为模型反应, 50 ℃, 3.0 MPa 的氢气压力下, 对一系列的手性双磷配体和手性二氨的组合进行了筛选,结果发现(S )-xyl-hexaPHEMP (L3)和(S ,S )-DACH 的组合取得了较好的结果(73% ee ) (Table 1, Entry 6), 所有反应20 h 内转化率都在94%以上, 且S /C 为1000/1[11]. 该催化体系的活性很好, 但对映选择性只是中等. 表1 2-甲基喹喔啉的不对称氢化 Table 1 Asymmetric hydrogenation of 2-methylquinoxaline Entry Catalyst Yield/% ee /% 1 (＋)-(DIOP)RhH 72.0 3 2 L1 53.7 90a 3 L1 96.5 73b 4 [L2Ir(COD)]OTf 40.7 23a 5 [L2Rh(NBD)]OTf 93.2 11a 6 RuCl 2/L3/(S ,S )-DACH 99.0 73c a CH 3OH 作溶剂; b i -PrOH 作溶剂; c t -BuOH 作溶剂. 2000年, Ito 等[12]首次报道了对N -Ac 和Boc 保护的2-位取代吲哚进行不对称催化氢化(Eq. 2), 反应在60 ℃下完成, 取得了最高为95%的ee 值. 他们使用的是一个反式鳌合配位的二茂铁双磷配体L4, 金属前体是[Rh(NBD)2]SbF 6. 这一催化体系对2-位取代的N -Ac 保护的吲哚, 无论是收率或对映选择性都取得了令人满意的结果, 碱碳酸铯的加入是取得高对映选择性所必须的. 对N -Boc 保护的吲哚氢化对映选择性不如N -Ac. 但对于3-位取代的N -Ac 保护的吲哚2在上面标准条件下, 反应不能转化完全, 除了所要的氢化产物3外, 还得到 了N 上Ac 被脱除的产物4 (Eq. 3). 实验七探究酵母菌的呼吸方式 一、实验原理： 1．酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。方程式： 2．CO2可使澄清石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。根据石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养CO2的产生情况。 3．橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与乙醇（酒精）发生化学反应；在酸性（浓硫酸溶液）条件下，变成灰绿色。 二、实验装置：（见课本）下图为“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验装置图，请 据图分析 (甲)：有氧呼吸装置(乙)：无氧呼吸装置 1、A瓶加入的试剂是NaOH溶液，其目的是：使进入B瓶的空气先经过NaOH处理，排除空气中CO2对实验结果的干扰。 2、C瓶和E瓶加入的试剂是澄清石灰水（或溴麝香草酚蓝水溶液），其作用是：检测CO2的产生。 3、D瓶应封口放置一段时间后，再连通E瓶，其原因是：D瓶应封口放置一段时间后，酵母菌会将瓶中的氧气消耗完。再连通E瓶，就可以确保通入澄清石灰水（或溴麝香草酚蓝水溶液）的CO2是酵母菌的无氧呼吸所产生的。 三、结果检测： （1）检测CO2的产生：使澄清石灰水变浑浊；或使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。 （2）检测酒精的产生：橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与酒精发生反应，变成灰绿色。 【资料】溴麝香草酚蓝：也叫溴百里酚蓝，英文名Bromothymol Blue，简称为BTB，酸碱指示剂；吸附指示剂。 分子式：C27H28Br2O5S，分子量：624.39，产品性状：浅玫瑰色结晶性粉末，熔点200～202℃，易溶于乙醇﹑醚﹑甲醇及稀氢氧化碱溶液。稍溶于苯﹑甲苯及二甲苯，微溶于水，几乎不溶于石油醚。溴麝香草酚在碱性溶液中呈蓝色，在酸性溶液中呈黄色。 溴麝香草酚蓝是一种酸碱指示剂，变色范围pH6.0（黄）～7.6（蓝）。普通水是中性，pH也就是7左右，差不多呈淡蓝，溶有CO2后，由于会形成碳酸，碳酸是弱酸，因此pH不会降太多，变黄。当中过渡颜色是绿色或检测CO2的产生：使澄清石灰水变浑浊，并使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。 探究影响酵母菌无氧呼吸的因素教学案例 深圳市翠园中学曾丽红 一、课标要求 倡导探究性学习，引导学生主动参与探究过程、勤于动手和动脑，培养学生搜集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、批判性思维的能力、分析和解决问题的能力，以及交流与合作的能力等，重在培养学生的创新精神和实践能力，提高学生的生物科学素养。 二、教学设计思想 1、突出学习的探究性。本节课的教学设计围绕“科学探究”这一主线展开：提出问题—进行假设—设计方案—实验探究—汇报交流—得出结论。通过这样一个活动过程，调动学生自主学习的积极性，使学生参与探究过程，培养科学探究的良好品质。 2、突出学生的自主性。从实验步骤设计、讨论比较、表达交流的学习活动中，加深对实验设计原则的理解，加深对影响酵母菌无氧呼吸因素的理解，自始至终突出了学生的自主性，达到对知识的自我构建。 三、教学目标 1、知识技能目标 （1）使学生了解酵母菌无氧呼吸的知识。 （2）使学生了解酵母菌无氧呼吸受酸碱度及温度的影响。 2、能力目标 （1）学会设计实验，运用语言、文字完善实验步骤，分析和解释实验中产生的现象，并得出正确的实验结论。 （2）通过实验、探究等教学活动，激发学生的学习兴趣和学习的主动性，形成客观的、实事求是的科学态度，培养学生的观察能力、实验能力、思维能力和合作能力，以及初步的研究能力和创新能力。 3、情感态度与价值观 （1）培养严谨求实的科学态度和勇于探索的科学精神。 （2）通过探究活动培养学生之间的合作精神。 四、教学准备 教师准备：三角锥瓶4个，胶塞2个、气球2个、玻璃弯管、夹子、石灰水等 学生知识准备 1、复习酵母菌异化作用的特点； 2、温度和酸碱度对酶活性的影响； 3、实验设计的基本原则。 五、教学过程 情景引入：教师出示两个对照装置，展示、介绍装置，提出问题：酵母菌无氧呼吸能产生气体吗？怎样鉴定有无CO2产生？（学生回答） （教师提出探究课题） （学生分两大组进行探究） 学生根据已有的实验用具，通过小组讨论，先确定实验的总体思路，再逐步细化，写出根据实验用具和方法步骤在内的实验方案。 探究活动一：酸碱度对酵母菌无氧呼吸的影响 设计与实验 （1）试验用具：烧杯1个、试管4支、20%的酵母液、10％蔗糖溶液、配置好的pH分别为6、7、8、9的缓冲液、注射器4个、橡皮胶塞4个、液体石蜡、滴管若干个。 （2）实验过程见下表： 探究活动二：温度对酵母菌无氧呼吸的影响 （1）试验用具：烧杯3个、注射器3支、试管3支、20%的酵母液、10％蔗糖溶液、配置好的pH为7的缓冲液、液体石蜡、橡皮胶塞3个、滴管若干个。 （2）实验过程见下表： 不对称催化氢化反应中配体研究进展Ξ 乔 振,王 敏 (中国农业大学应用化学系,北京 100094) 摘要:较系统地总结了用于不对称催化氢化反应的各类配体的特点及性能,对于每类配体的最新研究成果进行了较详细的评述。参考文献81篇。 关 键 词:不对称;催化氢化;配体;综述 中图分类号:O463.38,O621.3文献标识码:A文章编号:100521511(2002)012008209 Progress of L igands i n A sy mm etr ic Catalytic Hydrogenation Q I AO Zhen, W AN G M in (D epartm en t of A pp lied Chem istry,Ch ina A gricu ltu ral U n iversity,Beijing100094,Ch ina) Abstract:T he featu res and developm en t of every k ind of ligands in asymm etric catalytic hy2 drogenati on are syo tem atically discu ssed w ith81references. Keywords:asymm etric;catalytic hydrogenati on;ligand;developm en t;review 对潜手性不饱和底物(烯、酮、亚胺等)的不对称催化氢化是合成各种手性物质的重要途径。在过渡金属催化的不对称氢化反应中,手性配体作为手性诱导试剂对产物的光学纯度起着关键性的作用。在过去的30多年中,人们对不对称催化反应的研究取得了巨大的成就(如产物的对映体过量可达100%e.e.),并应用于许多重要药物(如左旋多巴、萘普生、布洛芬)及天然产物(如橙花醇等)的工业合成。但仍有不少具体反应的反应活性及对应选择性不太理想。因此设计及开发新的手性配体一直是不对称合成研究的一个重要和活跃的领域[1]。本文就近几年来出现的用于不对称催化氢化反应的新配体及其相关应用作一概述。 1 阻转异构体配体(A trop is m er ic L igands) 1.1 联萘系列配体 阻转异构体配体的手性由于其分子上基团的位阻作用使分子旋转受阻而产生(ax ial ch irality)。早在1977年,T am ao等[2]利用联萘酚 (1,1′2b is222nap h tho l)合成了第一个用于不对称催化氢化的阻转异构体配体N ap ho s(1),与R h ( )形成的络合物催化氢化乙酰肉桂酸得到54%e.e.的氢化产物,随后Grubb s[3]又合成了(-)21,1′2联萘22,2′2双二苯基膦酸酯(2),在R h ( )催化的脱氢氨基酸的不对称氢化反应中得到76%e.e.的产物;1980年,M iyano[4]合成了1,1′2联萘22,2′2双二苯基膦酰胺(3);接着N oyo ri[5]合成了1,1′2联萘22,2′2双二苯基膦(B I NA P,4) (Chart1),R h-B I NA P在催化氢化苯甲酰基肉桂酸时得到了100%e.e.的产物(Schem e1)。随后人们[6]对B I NA P的应用展开了广泛而深入的研究,证明B I NA P与R h( ),R u( )等过渡金属的络合物对不饱和键(C=C,C=O)的催化氢化具有高度的反应活性及对映选择性,并应用于其它催化领域(如氢硅烷化、烯胺异构化等)。B I2 NA P还成功地用于医药(如萘普生、布洛芬等)及天然产物(如香叶醇)的工业合成,大大降低了工业成本。B I NA P的开发成功并广泛应用,使人们对阻转异构体的的研究异常活跃起来。 — 8 — 合成化学 Ch inese Jou rnal of Syn thetic Chem istry Ξ收稿日期:2000212224 作者简介:乔振,男,汉族,山东省农药研究所高级工程师,现为中国农业大学农药学专业博士。 通讯联系人:王敏,男,回族,教授,博士生导师,主要从事不对称合成研究。E2m ail:w angm in@m https://www.doczj.com/doc/8a577105.html, 探究影响酵母菌无氧呼吸的因素 一、课标要求 倡导探究性学习，引导学生主动参与探究过程、勤于动手和动脑，培养学生搜集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、批判性思维的能力、分析和解决问题的能力，以及交流与合作的能力等，重在培养学生的创新精神和实践能力，提高学生的生物科学素养。 二、教学设计思想 1、突出学习的探究性。本节课的教学设计围绕“科学探究”这一主线展开：提出问题—进行假设—设计方案—实验探究—汇报交流—得出结论。通过这样一个活动过程，调动学生自主学习的积极性，使学生参与探究过程，培养科学探究的良好品质。 2、突出学生的自主性。从实验步骤设计、讨论比较、表达交流的学习活动中，加深对实验设计原则的理解，加深对影响酵母菌无氧呼吸因素的理解，自始至终突出了学生的自主性，达到对知识的自我构建。 三、教学目标 1、知识技能目标 （1）使学生了解酵母菌无氧呼吸的知识。 （2）使学生了解酵母菌无氧呼吸受酸碱度及温度的影响。 2、能力目标 （1）学会设计实验，运用语言、文字完善实验步骤，分析和解释实验中产生的现象，并得出正确的实验结论。 （2）通过实验、探究等教学活动，激发学生的学习兴趣和学习的主动性，形成客观的、实事求是的科学态度，培养学生的观察能力、实验能力、思维能力和合作能力，以及初步的研究能力和创新能力。 3、情感态度与价值观 （1）培养严谨求实的科学态度和勇于探索的科学精神。 （2）通过探究活动培养学生之间的合作精神。 四、教学准备 教师准备：三角锥瓶4个，胶塞2个、气球2个、玻璃弯管、夹子、石灰水等 学生知识准备 1、复习酵母菌异化作用的特点； 2、温度和酸碱度对酶活性的影响； 3、实验设计的基本原则。 五、教学过程 情景引入：教师出示两个对照装置，展示、介绍装置，提出问题：酵母菌无氧呼吸能产生气体吗？怎样鉴定有无CO2产生？（学生回答） （教师提出探究课题） （学生分两大组进行探究） 学生根据已有的实验用具，通过小组讨论，先确定实验的总体思路，再逐步细化，写出根据实验用具和方法步骤在内的实验方案。 探究活动一：酸碱度对酵母菌无氧呼吸的影响 设计与实验 （1）试验用具：烧杯1个、试管4支、20%的酵母液、10％蔗糖溶液、配置好的pH分别为6、7、8、9的缓冲液、注射器4个、橡皮胶塞4个、液体石蜡、滴管若干个。 （2）实验过程见下表： 钌系催化剂在不对称催化氢化反应中的应用 何伟平20083310 应化08-1班 摘要：潜手性酮不对称加氢生成的手性仲醇是合成手性药物和精细化学品的重要中间体，钌催化剂对催化无论是简单酮还是β-酮酸酯的不对称加氢反应具有显著的优越性。 关键字：不对称氢化、钌、酮、β-酮酸酯。 不对称催化反应作为一个手性增量过程已成为人工合成旋光性产物最有效的手段之一。其中不对称氢化反应发展较快,是研究得较多的一类反应。不对称催化具有容量大、产率高、反应速度快、产物分离相对容易、催化剂的手性易于通过改变配体来修饰等优点，使该领域成为国际化学家研究的热点。酮的不对称催化加氢已成为合成手性醇最重要的方法之一，而钌催化剂对催化酮的不对称加氢反应具有的高活性和高对映选择，使它一直被各国化学家所关注。本文对钌系催化剂不对称催化氢化简单酮和β-酮酸酯的最新进展进行综述。 1 简单酮的不对称氢化 对不含官能团的简单芳香酮来说，由于除酮羰基外不具有与催化剂中心金属进行配位的辅助功能基团, 因此导致钌-膦配合物催化剂对这类酮加氢的对映选择性不高。直到1995年Noyori发现Ru(Ⅱ) –BINAP-diam ineKOH催化体系后，才使得简单芳香酮的不对称催化加氢在催化活性和对映选择性上有了突破性的进展。此后，膦配体、钌、手性二胺形成的三元配合物常用作简单酮进行不对称催化氢化反应的催化剂。图1 可能的过渡态机理研究表明，手性双胺双膦钌催化剂之所以获 得很高的催化活性和对映选择性. 一个可能的原因 是：在反应过程中，上述催化剂可与反应底物酮生成 催化活性的六元环过渡态。首先，手性胺膦钌络合物 在碱的作用下生成Ru-H 络合物，红外光谱已证实了 该结构的存在。此外，手性配体中的“NH”官能团， 在催化反应过程中，通过形成氢—氧键，可能生成电 荷交替的六元环过渡态（图1）。 同时，催化剂各配体的存在使底物酮只能沿着特 定的反应通道与催化剂络合，从而有利于单一对映体产物的生成。 厦门大学李岩云等根据金属原子簇络合物含有多个金属中心，可望发挥多个金属原子间的协同作用，参与对底物的有效络合与活化的依据，成功设计并合成了用羰基钌原子簇 Ru 3(CO) 12 作为催化剂的前体，分别与手性双胺双膦配体组合的手性原子簇催化体系。相对 于单核钌催化剂，其转化率和ee值均有大幅提高（表 1）。 表 1 原子簇/手性胺膦配体混和体系催化芳香酮的不对称转移氢化 酮手性催化剂产率 (%) ee (%) 1 苯乙酮 Ru3(CO)12/5 91 81 2 苯乙酮 Ru3(CO)12/1 11 83 《探究酵母菌呼吸方式》实验教学设计 田秋红 一．教材分析 “细胞呼吸”是人教版《生物必修一·分子与细胞》第五章第三节的内容。为了学生能直接获得经验并提高探究能力，本节内容安排第一课时为探究活动。通过对酵母菌细胞呼吸方式的探究让学生亲身感受有氧和无氧条件下的细胞呼吸。通过酵母菌细胞呼吸方式的探究，学生认识到有氧呼吸和无氧呼吸的条件及产物，为后面学习有氧呼吸和无氧呼吸的过程打下了基础。 二．学情分析 本节的授课对象是高一的学生 1细胞呼吸是一个微观的化学反应过程，抽象，学生理解起来可能有一定的困难，现在通过对酵母菌细胞呼吸方式的实验探究过程让学生从中获得直接经验。 $ 2利用已学习过的简单的对照实验和相关的实验设计原则，使本节课的实验设计得以顺利进行。 三．教学目标 知识目标1.简述细胞呼吸的概念； 2.说出酵母菌细胞呼吸的方式和产物。 实验能力目标1.尝试进行对比实验方案设计； 2.学会对实验条件的控制和对实验结果的检测； 3.对实验结果和实验装置做出合理的分析与判断。 ! 情感目标通过探究活动，培养科学的学习方法，养成科学态度，建立科学价值观。 四．重点难点 重点：探究酵母菌细胞呼吸的方式的实验设计。 难点：设计、进行实验，对实验结果做出客观、科学的分析与判断。 五．实验准备： 1.兴趣小组的学生提前一天制作发酵的面团 , 2.因为按教材有氧呼吸和无氧呼吸的实验时间较长，提前让兴趣小组的学生按教材实验装置安装并实 施实验。 3.教师准备多媒体课件和实验装置，学案。 六．教学流程： 课堂小游戏，活跃气氛、引入新课 通过化学知识推测呼吸方式有两种 》 观察现象，对反应式在推测的基础上做以完善 分析检验的方法，展示演示小实验 通过评价面团实验，引入实验设计 引导学生分析实验装置图，分析讨论实验观察的方法和检验方法。 ` 展示兴趣小组的实验结果 利用学生的结论进一步完善有氧和无氧呼吸的反应式，学生尝试写出细胞呼吸的概念 进一步分析实验装置的改进。 结束 & 关于酵母菌细胞呼吸问题一系列的实验探究学习目标： 通过探究实验了解酵母菌的细胞呼吸方式；掌握酵母菌细胞呼吸作用的有关代谢产物及检测方法。 重点、难点： 设计并实施探究实验；体验酵母菌细胞呼吸的方式并分析细胞呼吸的产物及检测方法。设计并实施探究实验；单因子变量原则中自变量与无关变量的辨析及控制。 突破策略： 课前通过部分学生设计并实施实验、课堂上悉心引导、学生集体交流讨论的方法来突破。 突破策略： 通过对实验中自变量、因变量与无关变量一系列问题的分析讨论，让学生学会如何去操纵自变量，均衡无关变量、准确测量因变量，再让学生利用模型组装实验装置，学生就能较顺利的设计出实验方案。 探究实验一：酵母菌呼吸方式及代谢产物的实验探究 1、实验探究过程 （1）提出问题：酵母菌是进行有氧还是无氧呼吸？酵母菌的呼吸作用产物是什么？ （2）作出假设：针对上述问题，根据已有的知识和生活经验（如酵母菌可用于酿酒、发面等）作出合理的假设。 例如啤酒瓶用铁盖子，而酸奶用塑料膜封口；啤酒用铝质易拉罐封装，而酸奶存在软包装；馒头仅表皮光滑，由这些生活实际问题入手，不仅可以激发学生兴趣，还可挖掘学生实验设计的能力。 2、实验原理： a、酵母菌是单细胞真菌属于兼性厌氧菌。进行有氧呼吸产生水和 CO2 ，无氧呼吸产生酒精和CO2 。 b、 CO2的检测方法 CO2使澄清石灰水变浑浊(或 CO2使溴麝香草酚酞水溶液由蓝变绿再变黄)。 c、酒精的检测 橙色的重酪酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应，变成灰绿色。 联系生活实际如交警查酒驾。 3、实验材料及用具： 酵母菌培养液、橡皮塞、锥形瓶、玻璃导管、石蜡油、凡士林、澄清的石灰水（溴麝香草酚蓝溶液）、酸性重铬酸钾溶液 4、设计并进行实验: ①配制酵母菌培养液：20g新鲜食用酵母菌+240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液 ②检测CO2的产生，装置如下图： 思考：1、提问：能否根据是否产生CO2来判断是有氧呼吸还是无氧呼吸？学生回答：不能，因为酵母菌有氧和无氧呼吸均可产生CO2。 教师总结：可根据石灰水变浑浊的程度来判断甲、乙两装置中产生CO2的多少。 考点名称：探究：酵母菌细胞呼吸的方式 探究酵母菌的呼吸方式： 一．实验原理： （1）酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌， 因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。 方程式：有氧呼吸：C6H12O6+6H2O+O26CO2+12H2O+能量；无氧呼吸：C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量 （2）CO2可使澄清石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。根 据石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培 养CO2的产生情况。 （3）橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与乙醇（酒精）发生化学反应，在酸性条 件下，变成灰绿色。 实验装置： 二．方法步骤： 提出问题→作出假设→设计实验→（包括选择实验材料．选择实验器具、确定实验 步骤、设计实验记录表格）→实施实验→分析与结论→表达与交流。 （1）酵母菌培养液的配制 取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A（500mL）和锥形瓶B（500mL）中，再分别向瓶中注入240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液 （2）检测CO2的产生 用锥形瓶和其他材料用具组装好实验装置（如上图），并连通橡皮球（或气泵），让 空气间断而持续地依次通过3个锥形瓶(约50min)。然后将实验装置放到25-35℃的 环境中培养8-10h。 （3）检测洒精的产生 各取2mL酵母菌培养液的滤液，分别注入2支干净的试管中。向试管中分别滴加 0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液（体积分数为95%-97%）并轻轻振荡，使它 们混合均匀，观察试管中溶液的颜色变化。 三．实验现象及分析 (1)现象：甲、乙装置中石灰水都变混浊，装置甲混浊快且程度高。装置乙中的B溶 液由橙色变成灰绿色，装置甲中的A溶液不变色。 (2)分析：①酵母菌有氧和无氧条件下都产生CO2；②酵母菌在有氧比无氧时放出的 CO2多且快；③无氧时酵母菌分解葡萄糖产生酒精。 (3)实验结论：酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。在有氧条件下，酵母 菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水；在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产 https://www.doczj.com/doc/8a577105.html, 用呼吸缺陷型酵母催化4-氯-3-羰基丁酸乙酯的不对称还原 倪宏亮，姚善泾* (浙江大学化学工程与生物工程学系，浙江杭州 310027) 摘要：通过紫外诱变，经2，3，5-氯化三苯四氯唑平板和非发酵型碳源培养基鉴定，得到6株面包 酵母的呼吸缺陷型变异株。考察了6株呼吸缺陷型酵母催化4-氯-3-羰基丁酸乙酯的不对称还原反应， 分别测定了其中3株呼吸缺陷型酵母的线粒体复合体Ⅰ、Ⅰ+ Ⅲ、Ⅱ+ Ⅲ和Ⅳ的活性。结果表明，4- 氯-3-羰基丁酸乙酯的转化率在49~75%之间，产物收率在31~69%之间，对映体过量值最高可达72%， 比正常酵母的54%提高了18%；3株突变株线粒体内复合体I-Ⅳ的活性与正常酵母相比都有不同程度 的下降。 关键词：呼吸缺陷型；面包酵母；不对称还原；线粒体复合体；紫外诱变；4-氯-3-羰基丁酸乙酯 Asymmetric Reduction of Ethyl 4-chloro-3-oxobutanoate with Respiratory-Deficient Mutants of Baker’s Yeast NI Hongliang, YAO Shanjing (Department of Chemical and Biochemical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, Zhejiang, China) Abstract：Six respiratory deficient (RD) mutants of baker's yeast were induced with ultraviolet radiation, which were identified by 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride plate and carbon sources without sugar. The characteristics of asymmetric reduction of ethyl 4-chloro-3-oxobutanoate catalysed by six RD mutants were studied. And activities of four complexes, Ⅰ, Ⅰ+Ⅲ, Ⅱ+Ⅲ and Ⅳ, in electron transfer chain of three RD mutants were detected separately. The results showed that the conversions of ethyl 4-chloro-3-oxobutanoate catalyzed by RD mutants were among 49%~75%, and yields were among 31%~68%, while enantiomeric excess (e.e.) of RD mutants increased to 72%, which was 18% higher than that of natural baker's yeast. The activities of 4 complexes in RD mutants were all lower than in normal yeast. Key words:Respiratory deficient; Baker’s yeast;Asymmetric reduction; Mitochondria complex; Ultraviolet mutagenesis; Ethyl 4-chloro-3-oxobutanoate 1. 引言 为了改变酵母催化不对称还原反应的立体选择性和催化速率不高[1]的状况，必须深入了解酵母内部的酶系构成和对酵母进行改造已十分必要，其中呼吸缺陷型酵母是一种比较好的选择。呼吸缺陷型酵母指在酵母线粒体膜上组成呼吸链的 *收稿日期：2007-11-5. 第一作者：倪宏亮，男，博士研究生； 联系人：姚善泾. Tel: (0571)87951982; Fax: (0571)87951015; E-mail: yaosj@https://www.doczj.com/doc/8a577105.html,. 基金项目：高等学校博士点学科专项科研基金(No：20050335131)资助 不对称催化在有机化学中的应用 1110712 胡景皓 不对称催化反应是使用非外消旋手性催化剂进行反应的，仅用少量手性催化剂，可将大量前手性底物对映选择性地的转化为手性产物，具有催化效率高、选择性高、催化剂用量少、对环境污染小、成本低等优点。经过40年的研究，不对称催化已发展成合成手性物质最经济有效的一种方法。 不对称催化领域最关键的技术是高效手性催化剂的开发，因为手性催化剂是催化反应产生不对称诱导和控制作用的源泉。美国孟山都公司的Knowles和德国的Homer在1968年分别发现了使用手性麟一锗催化剂的不对称催化氢化反应，从此不对称催化反应迅速发展。近几十年来手性配体的开发是不对称催化领域最为关注的焦点，并已合成出上千种手性配体，其中BINAP和(DHQD)2PHAL等已实现工业化应用，对映选择性已达到或接近100％，在氢化、环氧化、环丙烷化、烯烃异构化、氢氰化、氢硅烷化、双烯加成、烯丙基烷基化等几十种反应中取得成功，同时在均相催化剂负载化、水溶性配体固载化等研究中也取得了突出成果。以下是不对称催化研究的一些实例。 一、脯胺酸及其衍生物催化的不对称Michael加成反应 Listd、组在2001年首次用脯氨酸作催化剂研究了不对称Michael成反应。以DMSO为溶剂进行催化反应，获得了较好的收率，但是选择性却很差。这与之前报道的脯氨酸催化的不对称Aldol反应相比，e.e值明显降低。 随后，2002年Endersd、组对该反应进行了进一步的探索。在筛选L．脯氨酸用量时，发现反应中实际起催化作用的是溶解于溶剂DMSO中的L．脯氨酸，为此于体系中加入一定量甲醇或以甲醇为溶剂来增大L．脯氨酸的溶解度，同时加大催化剂的用量，该反应的e．e．能够提高到57％，但是反应时间大大延长。芳香杂环化合物不对称催化氢化反应的研究进展
实验七 探究酵母菌的呼吸方式
探究影响酵母菌无氧呼吸的因素教学案例
不对称催化氢化反应中配体研究进展
探究影响酵母菌无氧呼吸的因素
钌系催化剂在不对称催化氢化反应中的应用
《探究酵母菌呼吸方式》实验教学设计
关于酵母菌细胞呼吸问题一系列的实验探究
高三生物实验复习 酵母菌的有氧呼吸与无氧呼吸
用呼吸缺陷型酵母催化4-氯-3-羰基丁酸乙酯的不对称还原
不对称催化在有机化学中的应用
相关主题
文本预览