刘健-生物燃料中嗜酸耐热蛋白的研究.-生物化学与分子生物学PPT课件

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生物化学绪论 ppt课件

生物化学绪论
生物化学
一、生物化学的定义生物化学(biochemistry) 是研究生物体内的化学分子和化学反应的基础生命科学,从分子水平探讨生命现象的本质，即生命的化学。二、生物化学与分子生物学发展简史
二、生物化学与分子生物学发展简史
叙述生物化学阶段：18世纪中叶—19世纪末
动态生物化学阶段：20世纪初开始
1994年生理学或医学奖 lfred G．Gilman（美国）Martin ROdbell（美国），发现 G蛋白及其在细胞内信号转导中的作用 1993年生理学或医学奖 Richard J．ROberts（美国）PhilliP A．SharP（美国），发现断裂基因化学奖 Kary n．Mullis（美国），发明 PCR方法 Michael Smith（加拿大），建立 DNA合成用于定点诱变研究 1992年生理学或医学奖 Edmond H．Fischer（美国）Edwin G．Krebs（美国），发现可逆蛋白质磷酸化是一种生物调节机制 1989年生理学或医学奖 Harold E．Varmus（美国）J．Michael Bishop（美国），发现反转录病毒癌基因的细胞起源化学奖 Sidney Altman（美国）Thorn R．Cech（美国），发现 RNA的催化性质 1988年生理学或医学奖 James W．Black（英国）ertrude B．Elion（美国）Gong H．Hitchings（美国），发现“代谢”有关药物处理的重要原则
1964年生理学或医学奖 Konard Bloch（美国）Feoder Lgnen（德国），发现胆固醇和脂肪酸代谢的机制和调节化学奖 Derothy Crowfoot Hodgkin（英国），用 X射线技术测定重要生化物质的结构 1962年生理学或医学奖 Francis H．C． Crick（英国）James D．Watson（美国）Maurice H． F． Wilkins（英国），发现核酸的分子结构（DNA双螺旋）及其对于活性物质中信息转移的重要性化学奖 Max F．Perutz（英国）JOhn C．Kendrew（英国），关于球状蛋白质（血红蛋白、肌红蛋白）结构的研究 1959年生理学或医学奖 Severo Ochoa（美国）Arthur KOrnbefg（美国），发现 RNA和 DNA生物合成机制

生物催化与生物转化的研究进展

表 1 极端微生物( 酶) 的应用[18 ]
酶
应用
蛋白酶
洗涤剂、食品、饲料、酿造等
糖基水解酶
淀粉、纤维素、几丁、果胶的加工
几丁酶木聚糖酶
几丁的修饰 , 用于食品造纸漂白
脂酶、酯酶
洗涤剂、拆分
DNA 聚合酶脱氢酶
PCR 氧化反应
蛋白酶
洗涤剂、食品
淀粉酶
洗涤剂
纤维素酶
洗涤剂、饲料、纺织
2 生物催化与生物转化研究已成为发达国家的重要科技与产业发展战略
以生物催化剂为核心内容的工业生物技术 , 在支撑新世纪社会进步与经济发展的技术体系中的地位已经被提到空前的战略高度。发达国家已不同程度地制定出在今后几十年内用生物过程取代化学过程的战略计划。日本政府从 2001 年开始实施 “基于利用生物机能的循环产业体系的创造”的计划[10 ] , 重点开发用于生产各种化学物质的细胞及相关应用体系 , 将生物催化过程视为能够形成与环境协调的产业体系的现实技术。美国政府的一份 21 世纪发展规划提出 , 到 2020 年 , 通过生物催化技术 , 实现化学工业的原料、水资源及能量的消耗降低 30 % , 污染物排放和污染扩散减少 30 %[11 ] 。这将对包括化学工业、医药工业及农业在内的各产业带来极其深远的影响。在欧洲 , 传统化工产品市场正逐渐被生物催化和生物转化的产品所取代。
从自然界中筛选所需要的菌种是目前工业生物催化剂技术的主要特点 , 大部分成功的高产工业化菌株是从自然界筛选得到的野生型菌株。但是目前人类筛选生物催化剂的范围十分有限 , 仅占微生物总数的 011 %～1 % , 需要拓展筛选的范围。

生物化学(共45张PPT)

（四）、多糖类
1、来源于植物的具有一定生物活性和药理作用的多糖。
黄芪多糖、人参多糖、刺五加多糖、麦麸多糖、黄精多糖、昆布多糖、菊糖、褐藻多糖、波叶多糖、茶叶多糖、葡萄皮脂多糖、麦秸半纤维素B、针裂蹄多糖、酸多糖、枸杞多糖、当归多糖、人参多糖、地衣多糖
和有机溶剂，分子量从几十～几百万。浓碱处理可是其部分或全部脱掉乙酰基而成为几丁质（ chitosan）,该产品可溶于烯酸。
3、用途
药物辅料：人造皮肤、手术缝合线（不用拆线）
络合回收金属离子（贵重金属离子）
降血脂、消炎、杀菌剂（伤口愈合剂）
食品添加剂（保鲜剂）
同样具有保湿作用、也大量用于化妆品中。
糖类的生物活性及药理作用
三、纤维素
CH2OH
O
CH2OH O
O OH
O OH
OH
OH
α -1,4
OH
OH
O
O CH2OH β -1,4
CH2OH O
OH
OH
淀粉
纤维素
2、纤维素的生物学功能（1）作为植物、动物或细菌细胞的外壁支撑和保护的
物质，促使细胞保持足够的扩张韧性和刚性。
（2）作为生物圈中维持自然界能量和营养物质稳恒的贮藏物质。
2、直链淀粉
(1)占天然淀粉量的20％～30％，药物辅料中的可溶性淀粉（冲剂中一般用）就是这一种。
（2）MW在50,000左右。
（3）结构：以代表淀粉，代表二个D －葡萄糖残基通过α－1,4糖苷键连接，则直链淀粉的结构为：
3、支链淀粉
（1）占天然淀粉量的70％～80％。（2）MW＝1百万左右. （3）结构：主链与直链淀粉一样，以通过α－1,4糖苷键
（2）贮能多糖：在体内作为贮能形式存在，如淀粉和糖原，在需要是可通过生物体内酶系统的作用，分解释放出单糖以供应能量。

生物化学ppt课件

;.
13
五、基因工程技术的发展
❖ 1970年，Smith发现限制性核酸内切酶 ❖ 1992年，Berg的转化实验 ❖ 1977年，Boyer等实现在大肠杆菌中表达多肽 ❖ 人干扰素、白介素、集落刺激因子、乙肝疫苗等基因工程药物及疫苗的使用 ❖ 转基因动植物及基因敲除（knock out）动植物 ❖ 基因诊断与基因治疗 ❖ 新技术的不断涌现
;.
12
四、遗传信息传递中心法则的建立
❖ Watson和Cricket的贡献 ❖ Kornberg发现DNA聚合酶 ❖ Messlson和Stahl的同位素标记实验 ❖ Okazaki片段 ❖ DNA复制机制的完善 ❖ Jacob和Monod等的贡献—转录机制 ❖ RNA如何到多肽链，三联体密码 ❖ 逆转录现象的发现
❖ —François Jacob, La logique du vivant: une histoire de l’hérédité ❖ (The Logic of Life: A History of Heredity), 1970
;.
2
绪论 Introduction
;.Biblioteka 3❖ 生物化学(biochemistry)：一门在分子水平上研究生命现象的科学，它主要应用化学原理和方法来探讨生命的奥秘和本质，着眼于搞清组成生物体物质的分子结构和功能，维持生命活动的各种化学变化及其与生理机能的联系。分子生物学 (molecular biology) 主要是以核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息传递和细胞信号转导过程中的作用为研究对象。
;.
7
二十世纪以前
❖ 中国：造酒，制酱、饴、醋，制作豆腐，治疗夜盲症，制糖等 ❖ 欧洲：Scheler，Lavoisier等

国家级精品课程定量生理学第五章生物组织与细胞力学特性PPT课件

F k u du
dt
蠕变分析，位移函数表达式：
u(t)
F0 k
(1
exp(
t tR
)),
t
R
/k
蠕变曲线没有起始的偏差。
Voigt模型和实验相符合的情况要好些：
可求出k和值，可关联生物组织宏观的力学行为和微观行为
标准线性粘弹性固体模型（SLS)
应力和应变的关系式：
F
dF dt
k1u
du dt
全模量定义：
Gˆ (, k1,k 2,)
F0 ()
u0
(cos
i sin )
储存模量： G' F0 () cos u0
损失模量： G' F0 () sin
应力-应变曲线
➢ 低的相对湿度时几乎是线性的
➢ UTS约为1.8MPa
➢ 模量在120MPa左右。
结构的关联
➢ 这一结果所观察到的UTS值和模量比胶原蛋白三螺旋结构和片状结构要低是相符的，因为螺旋结构中的每个残基的螺距只有0.15nm。
多肽链三种基本结构的的力学性质表明UTS和模量与螺旋的轴向螺距有关联：螺旋>：材料单位面积所承受的力 σ = 力F/横截面积A （帕）
应变：伸长后长度和原始长度之比 ε= (ΔL)/原始长度 L
材料的应力-应变曲线：
材料受力后的受力状态和变形特征
材料应力-应变曲线示意图
弹性区：
应力和应变呈线性关系服从胡克定律σ=Eε
塑性区：
屈服点以上应变不随应力成线性比例变化
空间上多肽链结构越伸展，它就越硬，抗张强度越高
推测：任何引起链伸展的过程会使蛋白质变强变硬
随机的多肽链：弹性蛋白的行为

反应功能高分子PPT课件

• 二．反应型功能高分子材料的应用特点及研究目标
• 出发点：改进化学反应工艺过程
•
提高生产效率和经济效益
•
发展高选择性合成方法
•
消除或减少对环境的污染
•
探索新的合成路线
• 如洛克菲勒大学merrifield教授（1984年诺贝尔奖）在1963年提出的氨基酸的固相合成简化了肽的合成过程，并使多肽可以按预先的设计自动地进行合成反应，在些基础上诞生了聚合物底物、聚合物试剂、聚合物催化剂等。
在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么
在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么
• 1．氧化还原型高分子反应试剂的制备
• 两种方法：
• 高分子催化剂： • 高分子酸碱催化剂 • 聚合物氢化和脱羰基催化剂 • 聚合物相转移催化剂 • 聚合物过渡金属络合物催化剂 • 固定化酶
在日常生活中，随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费，也许你认为浪费这一点点算不了什么
• 第二节高分子化学反应试剂 • 一．高分子化学反应概述 • 高分子试剂参与的化学反应路线
注意：
• （1）为保证试剂的良好稳定性，苯环上的氢原子应由其它原子
或基团取代，当苯环上有未被取代的氢原子，试剂处于醌型氧
化态时，易受自由基的攻击，引起交联反应，从而降低高分子
试剂氧化还原的可逆性；
• （2）生成的聚合物中，氧化还原中心之间若能被有效地分隔，
减少相互间的作用可以降低其氧化还原半波电位的范围，从而

《化学生物学》课件

化学生物学在生命科学、医学、农业等领域具有广泛的应用价值，对人类健康和生活质量的提高具有重要意义。
总结词
化学生物学在药物研发、疾病诊断和治疗、农业生物技术等方面发挥着重要作用。通过研究化学物质对生物体的影响，可以发现新的药物候选物和治疗策略，提高疾病的诊疗效果和人类的健康水平。同时，化学生物学在农业上也具有广泛应用，如农药的研发和植物生长调节剂的使用等。
化学生物学在环境污染物的生物效应研究中，关注污染物对生物体生理功能的干扰和破坏作用，探究污染物在生物体内的代谢和转化过程。
通过研究环境污染物的生物效应，有助于深入了解环境污染对生态系统和人类健康的危害，为环境污染治理和生态修复提供科学依据。
05
CHAPTER
化学生物学的未来展望
利用化学生物学方法发现和验证药物作用的靶点，为新药研发提供关键信息。
药物作用机制研究
化学生物学可以帮助深入了解药物与靶点的作用机制，预测药物在不同体内的效果和安全性，为新药研发提供理论支持和实践指导。
01
02
化学生物学还可以研究生物体内化学物质的合成、分解、代谢等过程，探究物种多样性的化学基础。
化学生物学在生物进化与物种多样性研究中，通过比较不同物种间化学成分和代谢途径的差异，揭示物种进化的规律和机制。
详细描述
总结词
化学生物学的发展经历了早期的化学与生物学的独立研究、20世纪后期的交叉融合以及现代的多元化和个性化研究三个阶段。
详细描述
化学生物学的发展历程可以追溯到早期的化学和生物学研究。在20世纪后期，随着学科交叉融合的深入，化学生物学逐渐形成了一门独立的学科。进入现代后，化学生物学的研究领域不断扩大，研究方法也日益多元化和个性化，为解决生命科学领域的问题提供了更多可能性。

生物化学-biochemistry ppt课件

5
Foundations of Modern Biochemistry
Goals of biochemistry Biochemistry seeks to describe the structure, organization, and functions of living matter in molecular terms.
12
Foundations of Modern Biochemistry
The idea of the gene, – a unit of hereditary information, – was first proposed in the mid-nineteenth century by Gregor Mendel.
(1) The structural chemistry of the components of living matter and the relationship of biological function to chemical structure.
(2) Metabolism – the totality of chemical reactions that occur in living matter.
(3) The chemistry of processes and substances that store and transmit biological information (Molecular Genetics).
8
Note
All living matters usually have the following properties :
living matter: 生物体; in molecular terms: 以分子的观点; at molecular levels: 从分子水平

古细菌研究进展

古细菌研究进展摘要：主要对生物分类的三域学说，古细菌域生物的特征、形态做了简要介绍，并阐述了几类古细菌的分子机制及其研究进展与发展前景。

关键词：古细菌、生物分类的三域学说、嗜热菌、嗜盐菌和产甲烷菌。

多年来,科学家们一直认为地球上的生命由原核生物和真核生物两大类组成,到20世纪70年代后期,这个概念受到了Woese研究的挑战。

1977年Woese等选择了16SrRNA作为研究生物进化的分子计时器,因为它们为生物细胞所共有,其功能同源,且最为古老,即含保守序列,又含可变序列,分子大小也较适合操作,更重要的是它的序列变化速度与进化距离相适应。

Woese等在比较了来自不同原核生物及真核生物的16SrRNA序列的相似性后发现,原来被认为是细菌的甲烷球菌代表着一种即不同于真核生物,也不同于细菌的生命形式。

他们认为这是地球上的第三生命形式,并命名为古细菌。

据此,Woese于1990年提出了生物的三域分类学说, ,即认为生命是由细菌域(Bacteria)、古菌域(Archaea)和真核生物域(Eucarya)所构成,并由此构建了一个生命进化总树。

之后,人们将其他序列的生物大分子用于生命进化的研究中,如RNA聚合酶的亚基,延伸因子EF-Tu、ATPase等。

其研究结果也支持Woese的三域生命学说,进一步证明了古菌是地球上一种独特的生命形式。

从此人类开始了对古细菌研究的新篇章。

古菌是一群具有独特的基因结构或系统发育生物大分子序列的单细胞生物,多生活在各种极端的自然环境中,如海洋底部的高压热溢口、热泉、盐碱湖等。

目前,可在实验室培养的古菌主要包括三大类:产甲烷菌、极端嗜热菌和极端嗜盐菌。

产甲烷菌生活于富含有机质且严格的无氧环境中,参与地球上的碳素循环,是能合成甲烷的生物;极端嗜盐菌生活于盐湖、盐田及盐腌制品表面,能够在盐饱和的环境中生长;极端嗜热菌通常分布于含硫或硫化物的陆相或水相地质热点,它们中绝大多数严格厌氧,在获得能量时完成硫的转化尽管不同的古菌生活习性大相径庭,但它们却有共同的、有别于其他生物的细胞学及生物化学特征。

组会汇报PPT

3.外界条件影响
3.5热解条件的影响
制备生物炭的条件：在含氧条件下生产的BC比在无氧条件下生产的BC含更多的甲氧基，O-烷基和羧基，其芳族碳含量更高。芳烃环有助于EDA作用无氧条件下制备的BC具有较高的孔体积和表面积显示出相对较高的吸附能力。
3.外界条件影响
3.6灰分含量的影响
低灰分BC比高灰分BC具有更高的吸附能力。高灰分BC由于含有较高的表面氧含量，削弱了SMX的吸附能力。据报告，在中性pH条件下，生物炭的相对吸附能力较低。低温BC（400°C）的表面积比高温BC（600°C）小，这是因为其灰分和挥发物含量较高。
δ+
δ-
δ-
2.2 π-π电子给体受体(EDA)相互作用
δ+
δ-
δ-
O
δ-
··
··
π+-π EDA
低pH条件下
2.2 π-π电子给体受体(EDA)相互作用
δ+
δ-
δ-
π-π EDA
中性pH
2.2 π-π电子给体受体(EDA)相互作用
δ+
δ-
δ-
π-π EAA
C
O
O
H
δ+
高pH条件下，由于电荷排斥而不稳定
酸和碱改性稻壳生物炭：比表面↑，孔隙率↑，灰分↓，促进了π-πEDA相互作用，促进吸附。氧含量↓，使表面更加疏水，从而大大提高了吸附能力。
3.外界条件影响
3.2共存重金属离子的影响
Cd2+的存在可增强SAs与生物炭的相互作用。研究表明Cd2+离子存在下稻草BC(400°C缓慢热解)对SAs吸附的显著增强，这是由于Cd2+降低了BC的表面负电荷，促进了中性和带负电SAs的吸附作用。 Cu2+的存在，松木BC上SAs的吸附受到抑制。吸附的Cu2+可能形成致密的水合球体，阻碍了溶质疏水相互作用。而且，由于络合作用，Cu2+直接竞争吸附位点，其次络合作用减少了负电荷，促进吸附。因此，共存的Cu2+可以增强含有少量含氧官能团的生物炭表面的吸附，反之，会抑制吸附。 Pb2+存在条件下，纳米管修饰BC对SAs吸附的影响不明显。

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结语
构建一个表达系统是一个巨大的挑战，随着高通量测序技术的发展，结合来自宏基因组学、后转录组学和后蛋白质组学的信息，将会进一步改善现有的表达宿主或构建新的表达宿主。
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
另一个问题是，这些表达菌株没有蛋白酶Lon，因此更容易形成包含体（IBs）。尽管做了大量的努力去避免无效蛋白聚集的形成，但获得可溶性蛋白仍然是一个有待解决的问题。
冷休克反应
当大肠杆菌细胞培养从37度转移至 15度时，细胞生长停止，并且产生一套蛋白，定义为冷休克蛋白（CSPs），其中一些CSPs在降温后的蛋白质合成中发挥了重要的作用。在大肠杆菌冷休克反应中一个主要的成员是蛋白CspA，作为一个mRNA的分子伴侣发挥作用。
热休克反应
和CSPs相反，热休克蛋白（HSPs ）是暴露在温度升高后合成的蛋白。 HSPs包括分子伴侣、ATP酶、蛋白酶和DNA修复蛋白，它们调节细胞在受到热休克可能致死的条件下的生存，比如温度升高、盐或者乙醇浓度升高，或者pH值降低。
通常情况下，三个主要类别的热休克蛋
白（Hsp100、Hsp90和Hsp83）在古细菌中是没有的，而同源的Hsp70（也称为DnaK）、 Hsp40（DnaJ）和GrpE在高温和中温古细菌中出现。有人认为，HSPs的减少或许是基因组要求的结果。
目前，面临的主要挑战是编码酶基因的识别和和构建合适的表达系统。
重组蛋白合成中的障碍
外源基因表达系统的构建是困难的，设计一个能在真核细胞或细菌表达宿主中生产古细菌嗜酸耐热蛋白的表达系统就更具有挑战性，因为有很多因素要考虑。如：蛋白质错误折叠和聚集、酶无活性，甚至完全没有基因表达。这些困难的原因是多方面的，包括mRNA的不稳定、偏爱密码子和缺乏合适的分子伴侣机制。
单但是有效的策略，以改善来自嗜酸耐热生物体重组蛋白的活性和稳定性。
除了大肠杆菌，其他像酵母和酿酒酵
母、硫化叶菌也具有表达古细菌基因的潜力。研究最好的是硫化菌，大部分关于地热环境中分离出的古细菌的分子生物学和生理学的资料都是从研究硫化菌中获得的。因此，基于部分热原体和DnaK, DnaJ and GrpE簇一个改进的表达系统会是一个理想的表达系统。
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An H Way
这些发现表明，含有DnaK, DnaJ and GrpE的表达载体可以增加来自嗜温菌、嗜热菌，热别是嗜酸耐热菌重组蛋白的产量。
DnaK或dnaK–dnaJ–grpE组的表达对一些在生理条件下来自热原体生物自身蛋白的生产
可能是必须的。而且，这些基因在大肠杆菌
或其他表达宿主中的联合表达可能是一种简
由大量稀有密码子编码的古细菌蛋白质
在大肠杆菌中不善表达，并且它们的表达可能抑制表达宿主的生长。有时这种在外源基因表达中的困难可以通过提供与问题密码子对应的额外tRNA基因拷贝轻易地解决。这样的宿主（大肠杆菌Rosetta（DE3）或大肠杆菌BL21-CodonPlus）已经可以从一些公司获得。
从木质纤维素中提取生物质燃料的一个主要瓶颈就是高效廉价的能在高温和低ph值下保持活性和稳定的生物催化剂的可获得性（比如，乙醇脱氢酶，纤维素酶和酯酶）。尽管异源基因表达被有效地用来去获得来源于嗜热菌的重组蛋白，但这种嗜酸耐热的蛋白成功的还是很少。
生物催化剂
木质纤维素的降解涉及很多个步骤和一个纤维素降解的化学过程，早在1883年有报道使用高浓度酸降解纤维素。1918年，多了一个用稀酸预处理的步骤，用来促进半纤维素的去除。当前在生物质降解的工业化过程中需要高温和酸性的条件，导致成本高并且低效。
表达系统
最近分析了嗜酸耐热广古生菌Picrophilus torridus、嗜酸热原体和Thermoplasma volcanium
完整基因组，有趣的是，尽管这些基因组很紧密，但是在这些基因组中还是识别到了DnaK, DnaJ and GrpE的基因编码。尽管超嗜热细菌基因组没有基因编码DnaK 、 DnaJ和GrpE，但是在嗜酸耐热生物体更小的基因组显示开放阅读框来编码这些 HSPs的同源蛋白，这样看起来很可能保留这组蛋白是进化的优势，甚至是必要的，对那些在pH值低至0的生物体来说。
在CspA基因的上游有一个相当长的5’端非编码区和一个翻译增强子。包含CspA启动子、 5’端非编码区、翻译增强子和一个转录终止位点的3’端非编码区在内的质粒被成功的用于温度降低后重组蛋白的高表达。这些质粒称之为pCold载体，可以由Takara生物买到，它很可能是类似的表达载体，将会增加中温生产菌株嗜酸耐热蛋白的产量。
生物燃料中嗜酸耐热蛋白的研究 Matthias Hess
2009.4.28
前言
由于对全球气候改变和能源依赖问题的关注日益增长，导致更大的投入去减少碳的排放量，开发新的能源。有一个可行的办法，那就是使用从木质纤维素中提取的生物质燃料去代替矿物燃料。
木质纤维素是由纤维素、半纤维素、木质素和少量的可溶性固形物组成。纤维素大分子是由葡萄糖脱水，通过β-1,4葡萄糖苷键连接而成的直链聚合体。在常温下不发生水解，高温下水解也很缓慢。只有在催化剂的作用下，纤维素的水解反应才显著进行。
考虑到纤维素降解过程中对酸性高
温环境的依赖，可以清晰的看到，在低 pH值和高温下保持稳定和活性的酶对生物质燃料有特殊的价值。
当前，一些工业化相关的配糖类水解酶已经从嗜酸耐热的生物体中被识别，其中一些存在于广古菌门、热原体目中嗜酸的生物体，已经涉及到最近对新生物催化剂的研究中。研究的结果识别和表征了几种酶，很可能这些嗜酸耐热的生物催化剂可以使纤维素与生物燃料的工业转化更有效率。