下载文档原格式
分子生物诺贝尔奖-聚合酶链式反应摘要：聚合酶链式反应（PCR）是一种基于体外扩增DNA片段的技术，它被广泛用于分子生物学和遗传学领域。
本文将探讨PCR的工作原理、发展历史以及在分子生物学上的应用。
聚合酶链式反应（PCR）是一种分子生物学技术，可以通过模拟自然界的DNA复制过程，通过使用聚合酶，在体外扩增DNA序列。
PCR技术的发明具有革命性的意义，因为它使得研究人员可以在实验室中快速、准确地扩增DNA片段，而无需使用其他复杂的技术，如细胞培养和重组DNA技术。
自从PCR被发明以来，该技术已经被广泛用于科学研究、医学诊断和法医学鉴定等领域。
本文将重点讨论PCR的工作原理、发展历史和在分子生物学上的应用，并且对其未来的前景做出展望。
关键词：聚合酶链式反应；DNA；PCR；分子生物学；扩增0 引言聚合酶链式反应（PCR）是一种在分子生物学和遗传学领域中使用最广泛的技术之一，它可以通过体外扩增DNA片段，使得研究人员能够轻松地进行基因分析、基因修饰和细胞工程等方面的研究。
本文将探讨PCR技术的工作原理、发展历史以及在分子生物学上的应用，并对其未来的前景做出展望。
一、聚合酶链式反应（PCR）的工作原理PCR是一种利用聚合酶催化复制DNA的技术，主要由三个步骤组成：变性、退火和延伸。
每个步骤都需要特定的温度和时间来实现。
PCR的工作原理如下：1.1 变性在PCR开始之前，DNA双链被加热至95℃以上，从而使其分离成两条单链。
这个过程称为变性。
高温可以破坏氢键，从而使DNA双链断裂。
这样，DNA 就可以为后续的反应做好准备。
1.2 退火随着温度的降低，引物会与模板DNA结合，形成一个稳定的DNA双链。
引物由聚合酶复制时所需的核苷酸序列确定。
退火的温度通常在50-60℃之间，这样引物可以与模板DNA特异地结合。
1.3 延伸一旦引物与模板DNA结合，聚合酶就开始将缺失的碱基填充到引物结合位点上，并延伸引物以产生新的DNA分子。
化工进展CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2020年第39卷第1期开放科学（资源服务）标识码（OSID ）：生物医用材料聚乳酸的合成及其改性研究进展詹世平1，2，万泽韬1，2，王景昌1，2，阜金秋1，2，赵启成1，2（1大连大学环境与化学工程学院，辽宁大连116622；2辽宁省化工环保工程技术研究中心，辽宁大连116622）摘要：聚乳酸是一种具有良好生物相容性的可降解生物材料，被广泛应用于医药、医疗和食品包装等领域。
随着科学技术的进步，对聚乳酸材料的性能提出了新的要求和用途，研究者在合成方法和改性研究方面也取得了新的成果。
本文阐述了聚乳酸的化学结构和基本特性，常用合成方法，包括阳离子聚合、阴离子聚合和配位聚合的基本概念和应用实例，介绍了近年来发展的酶催化聚合、超临界二氧化碳中聚合等绿色合成方法，着重介绍了聚乳酸亲水改性、pH 响应改性和分支结构改性等几种用于医用方面的改性方法，最后对聚乳酸材料研究发展方向进行了展望，提出在聚乳酸基体中添加极低含量的无机纳米粒子填充物，可显著改善复合材料的性能，指出生物纳米复合包装材料的技术开发是未来几年着重研究的方向。
关键词：聚乳酸；合成方法；改性；生物相容性中图分类号：TB34文献标志码：A文章编号：1000-6613（2020）01-0199-07Synthesis and modification of biomedical material polylactic acidZHAN Shiping 1，2，WAN Zetao 1，2，WANG Jingchang 1，2，FU Jinqiu 1，2，ZHAO Qicheng 1，2(1College of Environmental and Chemical Engineering,Dalian University,Dalian 116622,Liaoning,China;2Chemical andEnvironmental Protection Engineering Research Technology Center,Dalian 116622,Liaoning,China)Abstract:Due to its good biocompatibility and biodegradability,polylactic acid is widely used in thefields of the drug,medicine and food packing and so on.With the progress of science and technology,some new requirements and purposes have been put forward for the properties of polylactic acid materials.Researchers have also made some new achievements in the synthesis methods and the modification research.The chemical constitution and basic properties of polylactic acid were described and the common synthetic methods of polylactic acid were discussed,including the basic concepts and application examples on cationic polymerization,anionic polymerization and coordination polymerization.The green synthetic methods such as enzymatic catalytic polymerization and polymerization in supercritical carbon dioxide developed in recent years were introduced.The hydrophilic modification,pH response modification and branch structure modification of polylactic acid were also emphatically introduced.Finally,the development directions of polylactic acid material research were prospected.It was proposed that adding very low content of inorganic nanoparticles filler into polylactic acid matrix can significantly improve the properties of composite materials.It was pointed out that the development of bio-nanocomposite packaging materials was a development direction of emphasis on research in the next few years.Keywords:polylactic acid;synthetic method;modification;biocompatibility综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2019-0656收稿日期：2019-04-24；修改稿日期：2019-06-16。
聚羟基乙酸聚合机理及合成方法研究进展1.聚合机理：PVA的聚合机理可以分为两步进行：（1）醋酸乙烯单体的开环聚合：在聚合反应中，醋酸乙烯单体通过开环聚合反应，形成链状聚合物，即预聚体或母体聚合物。
（2）醋酸乙基单体的水解：将预聚体或母体聚合物进行水解反应，使其中的醋酸乙基单体水解成为羟基乙酸单体，从而形成PVA。
2.合成方法：目前，常见的PVA合成方法包括聚醋酸乙烯的水解法、醋酸乙烯与乙烯单体的偶联共聚物法以及聚乙烯醇的醋酸酯化反应法等。
（1）聚醋酸乙烯的水解法：这是目前应用最广泛的PVA合成方法。
首先，通过乙酸-乙烯酯类化工原料与PVA用过酸或过氧化氢进行水解反应，生成预聚体液。
然后，经过进一步水解和纯化处理，得到所需的PVA产物。
（2）醋酸乙烯与乙烯单体的偶联共聚物法：在这种方法中，通过在聚合反应中加入适量的乙烯单体，可以提高PVA的结晶性和热稳定性。
这是因为乙烯单体可以与醋酸乙烯单体进行偶联共聚反应，形成含有乙烯单体的共聚物结构。
（3）聚乙烯醇的醋酸酯化反应法：这是一种通过醋酸酯化反应将聚乙烯醇转化为PVA的方法。
首先，将聚乙烯醇与醋酸进行反应，生成乙酸酯化的聚乙烯醇。
然后，通过水解反应将乙酸酯化的聚乙烯醇转化为PVA。
3.研究进展：近年来，随着科学技术的发展，PVA的合成方法也在不断改进和创新。
例如，利用新型催化剂、溶剂选择、反应条件的优化等方法，可以改善PVA的合成效率、降低成本，同时提高产品的质量。
另外，还有许多新颖的合成方法被开发出来，如生物法、电化学法等。
生物法是指利用微生物或酶类催化剂来合成PVA，这种方法相对于传统的化学合成方法具有绿色环保的特点。
电化学法则是通过电化学反应来合成PVA，通过改变电极材料和反应条件，可以调控PVA的结构和性能。
总之，聚羟基乙酸的合成方法及机理的研究进展使得PVA材料的合成更加高效、绿色，并且能够得到满足不同需求的产物。
未来，随着科学技术的不断发展，我们可以预见聚羟基乙酸合成方法的创新将会继续推动PVA材料在各个领域的应用。
酶类协同作用与调控机制的研究酶是生命体内极为重要的催化剂，它们促进了反应的进行，降低了反应的能量垒。
然而，生物体内的许多反应并不仅由单一的酶催化，而是由多个酶协同作用完成的。
这种协同作用的机制及其调控机制成为了生物化学中很重要的研究领域，也极大地推动了生物科学和医学领域的进步。
酶类协同作用的机制酶类协同作用是指多个酶协同完成一个化学反应。
此时，相对于单个酶催化的反应，酶类协同作用完成的反应更加高效、快速、精确。
协同作用具有非常多样的形式，主要分为四种类型：正交协同作用、协同抑制作用、永久性聚合和可逆性聚合。
正交协同作用是指两个酶同时增加反应的速度，但它们的作用是相互独立的。
这种协同作用是最为简单的一种形式，也是目前最为广泛研究的一种模式。
协同抑制作用是指一种酶能够抑制另一种酶的活性，但同时受到竞争反式拮抗其他酶的抑制，因此需要其他酶的协同作用来完成反应。
永久性聚合和可逆性聚合是两种常见的酶类协同作用机制。
永久性聚合是指两个或多个酶共同结合形成一种新的酶，这种协同作用是不可逆的。
而可逆性聚合则是指两个或多个酶共同结合，但是它们在合成反应之前，可以单独活跃，协同反应完成后再分离。
酶类协同作用的调控机制酶类协同作用的调控机制是指，生物体内通过一系列的机制，调整不同酶之间的协同作用，从而实现对生物代谢的精确调控和适应环境的适应性变化。
酶类协同作用的调控机制主要分为两种类型：物理调控和化学调控。
物理调控是指通过物理方式调节酶之间的空间排布或靶向配对，从而调节酶类协同作用的效率。
这种调控机制的代表性例子是互补配对调控模式，其中不同的酶通过靶向配对，促进酶之间的相互作用和协同反应。
化学调控则是指通过生物体内一系列机制，调节酶的催化活性、荟萃以及结构构象，以便实现酶类协同作用的调控。
这种调控机制具有非常复杂的过程，涉及到许多不同的化学因素，如离子浓度、pH 值、配体浓度和信号转导等。
其中，配体浓度调控机制是最常见的一种化学调控，它通过调节酶与其配体的亲和性，从而实现对酶类协同反应的精细调节。
生物酶法还原二氧化碳的研究进展近年来，随着全球气候变暖问题的日益严重，减少二氧化碳排放已成为全球关注的热点话题。
随之而来的是对于二氧化碳的回收利用研究的不断深入。
在这方面，生物酶法还原二氧化碳是一种新兴的技术，受到了广泛的关注。
本文将对生物酶法还原二氧化碳的研究进展进行探讨。
一、生物酶法还原二氧化碳的概念及原理生物酶法还原二氧化碳，是指利用生物体内的催化酶将二氧化碳还原成有机物，从而实现二氧化碳的回收利用。
目前，常见的生物酶还原二氧化碳途径有两种：一种是利用化学物质还原二氧化碳，即利用人工合成的辅酶NADH还原二氧化碳成为CO和CHOH；另一种是利用自然界中存在的还原剂(NADPH，FADH2等)将二氧化碳还原为有机物。
二、生物酶法还原二氧化碳的优点与传统的化学还原二氧化碳方式相比，生物酶法还原二氧化碳具有很多优点。
首先，生物酶法还原二氧化碳反应速度快，能够在中性到弱碱性的条件下进行，使得其应用范围更加广泛；其次，由于生物酶法还原二氧化碳利用生物体内的催化酶进行反应，因此其反应过程具有高效性和高选择性；最后，尽管相对于传统的化学还原二氧化碳方式，生物酶法还原二氧化碳的反应效率和产物选择性相对较低，但是由于其可以利用再生的辅酶及其他还原剂进行反应，因此其成本也更低，更为实用。
三、生物酶法还原二氧化碳的研究进展近年来，生物酶法还原二氧化碳的研究得到了广泛的关注和研究。
尤其是在新型环境保护和能源回收领域，生物酶法还原二氧化碳也为研究者和工业界提供了新的解决方案。
下面将就其主要研究进展进行详细介绍。
1. 催化酶的优化酶是生物酶法还原二氧化碳的中流砥柱，因此酶的优化是生物酶法还原二氧化碳研究的重要方向之一。
近年来，研究者主要从酶的基因工程、蛋白质结构学等方面进行探究。
通过基因工程技术对酶的基因序列进行改造，可以实现对酶反应的选择性和效率进行调控；同时，研究酶的结构可以为选择和优化催化酶提供更加准确的数据和方向。
氧化还原酶介导生物级联催化研究进展伍开琳;陈永正【摘要】氧化还原酶种类丰富,广泛应用于生物催化级联反应中.以细胞色素P450单加氧酶和羰基还原酶为例,综述了两者参与的级联催化反应及其在合成手性胺和手性醇等化合物中的应用,并对发展氧化还原酶级联催化反应面临的辅酶循环、限速步骤和化合物抑制等问题进行了讨论.%Oxidoreductases contain various enzymes and are widely applied in biocatalytic cascade re-actions.Oxidoreductase mediated biocatalytic cascades and its applications for synthesis of chiral a-mines and alcohols were sumed up,using cytochrome P450 monooxygenase and ketoreductase as exam-ples.In addition,the problems such as cofactor regeneration,rate-limiting step and compound inhibi-tion are discussed.【期刊名称】《合成化学》【年(卷),期】2018(026)004【总页数】8页(P292-299)【关键词】生物催化;级联反应;P450单加氧酶;羰基还原酶;综述【作者】伍开琳;陈永正【作者单位】遵义医学院药学院,贵州遵义 563000;遵义医学院贵州省绿色制药工程研究中心,贵州遵义 563000;遵义医学院药学院,贵州遵义 563000;遵义医学院贵州省绿色制药工程研究中心,贵州遵义 563000【正文语种】中文【中图分类】O626随着可持续发展战略的逐步实施，绿色化学理念日益受到重视，如何简化合成路线，实现药物的绿色合成，成为合成化学领域探索的热门课题。
跨损伤合成途径中真核生物DNA聚合酶δ转换机制的研究进展陈炜;周亚竟【摘要】为维护染色体结构的完整性和遗传稳定性,除了各种分工明确的损伤修复途径外,细胞还进化出一种跨损伤修复的损伤耐受机制,涉及一种被广为深入研究的有错跨损伤合成途径,即通过低保真跨损伤合成聚合酶临时取代复制聚合酶Polδ,旁路通过受损碱基,使DNA损伤导致S-期暂停的复制叉进程得以恢复,这种复制聚合酶与跨损伤合成聚合酶之间的转换构成了有错跨损伤修复途径的核心,但对该途径聚合酶转换的激活机制存在争议.就真核生物DNA聚合酶δ的结构和功能以及在跨损伤合成途径聚合酶转换的激活机制等方面进行综述.%In order to maintain the integrity of chromosomal structure and genetic stability, in addition to those elaborate DNA damage repair mechanisms to remove DNA lesions, cells have also evolved DNA damage tolerance mechanisms to bypass damage. One exten-sively studied lesion-bypass pathway is translesion synthesis( TLS) , an error-prone repair pathway, in which replicative polymeraseδis replaced with a specialized TLS polymerase, a low fidelity enzyme, which is able to by-pass lesions, allowing stalled replication fork in S-phase to proceed. The switching between replicative and TLS polymerases is generally considered to be a core in TLS pathway. How-ever, there remains much controversy on the exact mechanism of polymerase switching. This article briefly reviewed and discussed re-searches about biological properties of eukaryotic DNA polymeraseδ,structure and function of its subunits, and activation mechanisms of polymerase switching in TLS pathway, etc.【期刊名称】《生物学杂志》【年(卷),期】2018(035)003【总页数】5页(P62-66)【关键词】DNA聚合酶Pol δ;跨损伤合成聚合酶;增殖细胞核抗原;泛素化修饰;聚合酶转换机制【作者】陈炜;周亚竟【作者单位】江苏大学生命科学研究院,镇江212013;江苏大学生命科学研究院,镇江212013【正文语种】中文【中图分类】Q555每天细胞内仅因内源因素(如活性氧自由基、代谢产物等)就会引起高达数以万计的DNA损伤，每个损伤均可导致复制叉进程受阻，这些阻碍可以通过各种损伤修复途径得以克服，或通过损伤耐受机制激活跨损伤合成(Translesion synthesis, TLS)聚合酶，在损伤DNA加成物(adduct)对称新链的相应位置加上核苷酸，或通过模板交换而旁路绕过这些损伤。
桦木原木的木质素分解与生物质能转化研究随着全球能源需求的不断增长和对气候变化的关注，寻找可再生能源的新途径变得越来越重要。
生物质能转化被认为是一种可持续的能源解决方案，而木质素的分解是生物质能转化中的关键步骤之一。
本文将介绍桦木原木的木质素分解与生物质能转化的研究进展和相关技术，以期为生物质能转化的发展提供参考依据。
1. 木质素的结构和性质木质素是木质植物中一种重要的天然聚合物，它在细胞壁中起到强度支持和防御作用。
木质素是由苯丙素类化合物聚合而成，主要包括三个主要结构单元：芳香环、侧链和羟基。
这种特殊的结构使木质素具有高度的稳定性和抗生物降解性，限制了生物质的有效利用。
2. 木质素分解的主要途径为了将木质素转化为可再生能源，人们主要关注两种分解途径：生物分解和化学分解。
生物分解包括微生物降解和生物酶催化，主要通过真菌、细菌和微生物群体在适宜环境中对木质素的降解来实现。
化学分解则是利用温度、压力和催化剂等外界条件来打破木质素的结构，将其分解为更简单的化合物。
3. 微生物降解木质素的研究进展微生物降解木质素的研究已经取得了一些重要进展。
研究人员发现了一些具有木质素降解能力的细菌和真菌，例如白腐真菌、棕腐真菌和生物质降解细菌等。
这些微生物在特定的生长条件下，通过产生特定的酶来降解木质素中的芳香环、侧链和羟基等结构单元，将其转化为可再生能源。
4. 生物酶催化木质素分解的研究进展生物酶催化木质素分解是生物质能转化的重要方向之一。
酶催化能够高效地降解木质素，但目前仍面临一些挑战，如酶的高成本、酶的稳定性和底物特异性等。
研究人员通过改进酶催化体系的结构和性能，提高了木质素的降解效率，并寻求低成本的酶源和替代底物。
5. 木质素的化学分解技术除了生物分解外，化学分解也是木质素转化为可再生能源的重要途径之一。
热解和溶剂解等技术能够有效地将木质素分解为生物燃料和化学品。
研究人员利用高温和压力条件，采用催化剂催化木质素的裂解，从而获得丰富的生物质能源。
现代生物化工中酶工程技术研究与应用摘要：众所周知，人的生存与发展都离不开新陈代谢，而酶是人体新陈代谢中不可或缺的催化剂。
在新陈代谢的基础上，机体进行细胞的更迭，维持机体各项功能。
酶作为新陈代谢中常见的催化剂，对于加快新陈代谢速度、促进化学反应起到重要作用。
最初的淀粉酶主要是从麦芽提取液中得到的，随着现代生物化工技术的不断进步，人们对于酶工程了解更加深入，为现代生物化工的发展提供了更多支持。
笔者结合自身工作和学习经验，探讨现代生物化工中酶工程技术研究与应用，希望对相关人士有一定借鉴价值。
关键词：现代生物化工；酶工程技术；应用引言新陈代谢是生物体细胞日常生活中的重要环节。
通过新陈代谢来满足生物体的正常运转，对于生物的生长和繁衍都有着重要意义。
酶作为新陈代谢的重要催化剂，发挥着积极作用，能加快新陈代谢的速度。
现代生物化工技术的发展为酶的研究提供了技术支持，加强酶的研究，不仅能为生物化工行业的发展创造出新的活力，同时也能为酶的应用创造条件。
因此加强对酶工程技术的分析和研究就显得尤为重要。
1概述1.1生物酶的概述生物酶是一种蛋白质，主要存在于活细胞中，可以将其看作是诸多细胞新陈代谢的催化剂。
此外，在其他行业的生产中，酶也能发挥一些积极的促进作用。
结合生物酶的具体应用来看，大部分酶在生物体活动中扮演的都是催化剂。
生物酶主要有以下特点:首先就是稳定性差。
作为一种蛋白质，生物酶在发挥自身作用的过程中容易受到其他负面因素的影响，降低生物酶的活性。
其次就是专一性较强。
大部分催化剂的适应性都比较强，能够结合不同的需要进行选择，但是生物酶的专一性比较强，一般只能对一种化合物发挥催化作用。
再次就是催化效率较高。
相较之传统的催化剂，生物酶的催化效果大大提高。
最后就是酶的活性可以随时进行调节。
换个角度来看，也有利于提高催化工作的效率。
1.2酶的基本原理想要探究酶同生物体之间的作用过程，就要对酶的自身特性有一个较为全面的把握，同时还要明确生物酶的在自身功能。
聚合酶链反应（PCR）的原理及应用1. 概述聚合酶链反应（Polymerase Chain Reaction, PCR）是一种体外扩增DNA的方法。
它利用DNA聚合酶（DNA polymerase）在合适的反应条件下，以DNA的互补配对为模板，经过多轮循环扩增，迅速获得特定DNA片段的大量拷贝。
PCR具有高度敏感性、高度特异性和快速扩增的优点，广泛应用于生物学研究、医学诊断、法医学鉴定等领域。
2. PCR的原理PCR基于DNA的复性和聚合酶的催化作用，通过循环反应的方式扩增DNA片段。
主要包括三个步骤：变性、退火和延伸。
2.1 变性（Denaturation）变性是将DNA双链解开，使其成为单链的过程。
在PCR反应中，通过将反应温度升高至94-96摄氏度，使DNA双链断裂，生成两条单链DNA。
2.2 退火（Annealing）退火是使引物与模板DNA互相结合的过程。
引物是针对扩增目标序列两侧的短段DNA序列，能够与模板DNA发生互补碱基配对。
退火温度一般设置在55-65摄氏度，使引物与模板DNA结合。
2.3 延伸（Extension）延伸是在复性的模板DNA上合成新的DNA链。
在延伸过程中，DNA聚合酶利用参与反应的四种脱氧核苷酸（dNTPs）作为氧基体，按照引物的互补碱基配对规则进行扩增。
3. PCR的应用PCR技术的应用非常广泛，包括以下几个方面：3.1 基因克隆PCR技术可以用来扩增特定基因片段，生成大量的DNA拷贝。
这些DNA拷贝可以被用于进一步的分析和研究，如基因克隆、DNA测序等。
PCR技术的高度敏感性和特异性使得目标基因的扩增更加可靠和高效。
3.2 突变分析PCR技术可以用来检测特定基因的突变。
通过设计相应的引物，可以扩增包含突变位点的DNA片段。
通过对扩增产物进行测序或者其他分析方法，可以了解特定基因是否存在突变，从而进一步研究与突变相关的疾病发生机制。
3.3 分子诊断PCR技术在分子诊断中有着广泛的应用。
Vo.l 27高等学校化学学报No .32006年3月 CHEM I CAL J OUR NAL OF CH I NESE UN I VERSITIES 567～570环状磷酸酯的酶促开环聚合冯 俊,王 鹏,李 峰,贺 枫,卓仁禧(武汉大学国家教育部生物医用高分子重点实验室,武汉大学化学与分子科学学院,武汉430072)摘要 研究了环状磷酸酯的酶促开环聚合反应,讨论了环状磷酸酯取代烷基对于酶促开环聚合及相应聚磷酸酯性能的影响,发现烷基取代基长度对于聚合度没有明显影响;但随着环状磷酸酯的取代基长度增加,产率随之降低,聚磷酸酯的亲脂性增强.猪胰脂肪酶和假丝酵母皱褶酶显示出比碱性磷脂酶更高的活性.关键词 聚磷酸酯;酶促聚合;开环聚合中图分类号 O 631;O 657 文献标识码 A 文章编号 0251-0790(2006)03-0567-04收稿日期:2005-03-14.基金项目:国家自然科学基金(批准号:20304010)资助.联系人简介:卓仁禧(1931年出生),男,教授,博士生导师,中国科学院院士,主要从事生物医用材料研究.E -m ail :bm p _l ab @h ot m ai.l co m聚磷酸酯是一类新型的生物医用材料,由于其结构类似于天然含磷聚合物,具有较强的生物相容性、细胞亲和能力和细胞膜的通透能力,其结构可变性大,在生物医用领域中愈来愈受到关注.研究发现,在聚合物中引入聚磷酸酯可有效地改善材料的物理机械性能,提高聚合物的亲水性和降解性能,还可以使基因免于核酸酶的降解,得到缓慢释放,提高基因的表达效率[1～4].聚磷酸酯常用缩聚和开环聚合的方法合成[5～7].由于缩聚反应不仅需除去反应过程中不断产生的小分子化合物,而且对单体投料比要求严格,因而利用缩聚方法合成高分子量的聚合物较为困难.开环聚合虽有效地避免了这些不利因素,但反应条件较为苛刻,残留在聚合物中的金属催化剂一旦不能完全除尽,其潜在的毒性也会限制聚合物的广泛应用.因此寻找合适的催化剂,使聚磷酸酯能够在医用领域更为安全地应用,成为聚磷酸酯合成中的一个颇有吸引力的课题.酶是一种生物催化剂,其优势在于无毒、高选择性及温和的反应条件.近10年来,酶在合成生物可降解化合物(如聚酯)方面取得了长足的进步,但在聚磷酸酯的合成方面则未见报道.我们曾用脂肪酶催化环状磷酸酯开环聚合[8,9].但还不清楚单体本身的结构对酶促开环聚合反应的影响.本文对环状磷酸酯的取代基团在酶促开环反应中的影响进行了初步研究,并考察了反应条件对于酶促开环的影响.酶促开环聚合的反应式见Sche m e 1.Sch e m e 1 E nzy mat i c r i ng -open i ng p ol y m er i zation of ethylene al ky l phospha tesR =CH 3(EM P );R =CH 2CH 3(EEP );R =CH 2CH (CH 3)2(E I BP );R =CH 2(CH 2)6CH 3(EOP );R =CH 2(CH 2)10CH 3(ELP );R =CH 2(CH 2)16CH 3(ESP ).1 实验部分1.1 试剂与仪器猪胰脂肪酶(PPL )和假丝酵母皱褶酶(CL ),S i g m a 公司;碱性磷脂酶(AK ),Pro m ega 公司.甲苯在钠的存在下回流8h ,经蒸馏使用;二氯甲烷用P 2O 5干燥过夜后重蒸;三乙胺用邻苯二甲酸酐回流8h ,分馏后在C a H 2存在下回流8h ,蒸馏;甲醇和异丁醇加入钠后常压蒸馏;辛醇、十二醇和乙二醇加入钠后减压蒸馏;十八醇在乙醇中重结晶3次;所用试剂均经重蒸处理.所用气体经五氧化磷干燥.红外光谱分析使用Perkin E l m e r Ⅰ型光谱仪;聚合物的分子量及其分布由GPC (W ate rsM ill e nnium32HPLC2690分离系统,Shodex K803凝胶柱)测定,以聚苯乙烯为标样,三氯甲烷为流动相(1.0m L/m i n).核磁共振用Varian M ercu r y-VX300Apparatus测定.1.2 环状磷酸酯的合成1.2.1 2-氯-1,3,2-二氧磷杂环戊烷的合成 在装有回流冷凝管的500m L三口瓶中加入2m ol新蒸的三氯化磷及250m L无水二氯甲烷,搅拌下滴加2m o l乙二醇,控制滴加速度以保持体系微弱沸腾.滴加完毕后于室温继续反应30m in,换为蒸馏装置,减压抽除二氯甲烷,升温减压蒸馏得到无色液体(42～45℃/1600Pa).1.2.2 2-氯-2-氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷的合成 在250m L圆底瓶中加入200mL含有2mo l的2-氯-1,3,2-二氧磷杂环戊烷的甲苯溶液,通入经浓硫酸、五氧化二磷干燥的氧气,于40℃搅拌反应48h.反应完毕后水泵减压蒸除甲苯,再用油泵减压蒸馏,得到无色液体(88～90℃/107Pa).1.2.3 2-乙氧基-2-氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷(EEP)的合成 将1m o l2-氯-2-氧-1,3,2-二氧磷杂环戊烷溶于250m L无水甲苯中,在-5℃和电磁搅拌下,缓慢加入1m o l无水乙醇和1.1m ol三乙胺混合溶液后,于常温下继续搅拌反应2h,滤除三乙胺盐酸盐,滤液蒸除溶剂后减压蒸馏,收集95～97℃/ 107Pa的馏分.2-甲氧基-2-氧-1,3-二氧磷杂环戊烷(E M P)、2-异丁氧基-2-氧-1,3-二氧磷杂环戊烷(E I BP)和2-辛氧基-2-氧-1,3-二氧磷杂环戊烷(EOP)按照同样方法合成,用前重蒸[10].2-十二烷氧基-2-氧-1,3-二氧磷杂环戊烷(ELP)和2-十八烷氧基-2-氧-1,3-二氧磷杂环戊烷(ESP)参照文献[11]方法合成.ELP用乙酸乙酯-石油醚(体积比为2∶1)作淋洗剂,柱层析提纯.ESP在甲苯中重结晶3次.1.3 酶促开环聚合在氩气保护下,以酶为催化剂本体聚合得到聚磷酸酯.将一定量的环状磷酸酯和酶依次放入清洁干燥的反应管中,抽真空后充入氩气,如此反复多次后封管;在磁力搅拌及设定的温度下恒温反应一定时间后取出.将产物溶解在二氯甲烷中,过滤除去不溶的酶,浓缩滤液,于乙醚中沉淀得到聚合物,环状磷酸十八酯在甲醇中沉淀.如此重复沉淀2次后,将聚合物在真空下干燥至恒重.2 结果与讨论2.1 结构分析聚磷酸乙酯的红外谱图见图1.与单体相比,聚合物的P—O伸缩振动特征峰发生了明显的偏移,F i g.1 I R spectrum of poly(ethy l eneethy l phospha te )Fig.2 E xpand ed1H N M R s p ec tru m of poly(ethy l ene e thyl phosphate)从1287c m-1移动到1268c m-1处.在红外图谱上,3467c m-1处出现了很明显的宽峰,表明在聚合物中可能存在羟基或者羧基基团.将聚合物的氢谱和单体比较,出现一个新的峰δ3.78(图2峰x),这个峰在酶促开环聚合环状内酯和环状碳酸酯中都有出现,归属于聚合物末端与羟基相连的亚甲基上的氢(a′,HO—C H2—)[图3(A)].由图3(B)可见,对比聚合物和单体磷谱,单体化学位移在δ18.09处,对应聚合物特征峰的化学位移出现在-0.90处,这是由环张力造成的.在δ=-0.905旁边有一个小峰(-0.716),这个峰不属于磷酸酯对应的峰,从单体可能的断键方式,结合红外光谱图分析,应该归属于端基的磷酸峰.对碳谱的峰进行了相应标记,可以发现,除了与聚合物结构对应的特征峰(a～c)外,还多了一些小峰(a′-a″″和b′),属于聚合物的端基结构上的碳原子,根据对端基的分析,很容易对568高等学校化学学报 V o.l27 这些峰进行归属[图3(A )].聚合物分子量分析也证明了端基分析的正确性.从核磁共振氢谱分析计算得到的分子量M n (C al )和GPC 所测的分子量M n (GPC )基本一致.一般酶促聚合开环合成聚酯反应中,酶所含微量水起着引发剂的作用.酶促聚合开环合成聚碳酸酯反应也得出相似的机理[12].结合端基分析,本文推测环状磷酸酯的酶促开环机理可能和内酯酶促开环的机理一致,也是酶自带或者反应体系中的微量水引发环状磷酸酯开环聚合.F i g .3 Expanded13C NMR (A )and 31P N MR (B )spectra of poly (ethy lene e thyl ph osphate )2.2 酶促聚合在不加任何酶的空白试验中,反应2d ,环状磷酸甲酯聚合体系没有任何变化.与之对比,利用CL 作为催化剂研究了反应时间、反应温度和酶的浓度对于酶促聚合的影响.图4显示了聚合物的分子量和产率在反应进程中的变化情况.结果表明,聚合物的分子量在反应初期会随着反应时间的增加逐渐提高,反应一定时间以后,分子量开始突然下降.很明显,在反应后期发生了热降解或者酶促降解反应,也可能是两者共同作用的结果.聚合物产率变化的趋势和分子量基本一致,但是其下降趋势远不如分子量变化得快.表明聚合物酶解并不是有序逐个从分子末端进行,而是一种无规的过程.F ig .4 T i m e course of the enzy mat i c poly m er izat i on ofE M P usi n g CL as catal yst (1.25%,100℃,2d)F i g .5 Th e i n fl u ence of en zy m e (CL )mass fraction onth e m olecu l ar we i gh t and yiel d (reac tion for 1d )酶的浓度对环状磷酸酯的开环聚合的影响见图5.反应1d 后的数据显示环状磷酸酯的酶促开环聚合存在一个最佳反应浓度.相对而言,酶的浓度越大,聚合反应速度越快,同时聚合物的分子量出现明显降低.在反应体系中的微量水起着引发剂的作用,随着酶含量的增加,引发剂的浓度也相应提高.这些现象和聚酯的酶促开环非常相似.反应温度对酶促开环聚合反应影响非常大(表1).温度太低或者太高,反应结果都不能达到最理想的效果.温度太高(140℃)时,反应产物甚至不溶于任何常见溶剂,在二氯甲烷中有溶胀现象,可能在高温情况下,环状磷酸酯发生了交联副反应.Tab l e 1 Th e influen ce of the te m perature on the poly mer izat i on of EMP u si ng CL (1.0%)as catalyst for 2dEn tr y t /℃M n Yiel d (%)Entry t /℃M n Yiel d (%)180119970312011228521001732904140** *The produ ctw as insol ub l e i n trad itional s olven ts .选取100℃,酶的质量分数为1%,反应时间固定在1.5d 作为反应条件,研究了在不同酶的催化下,环状磷酸酯的内部结构对于酶促开环聚合反应的影响,结果见表2.尽管这些环状磷酸酯具有长度不同的取代基,但在酶促开环聚合反应中,所得聚合物基本上具有相同的聚合度(介于10～15之569 N o .3 冯 俊等:环状磷酸酯的酶促开环聚合570高等学校化学学报 V o.l27 间).可能的原因是决定聚合度的因素是环的大小,而与环状磷酸酯的取代基长度没有明显关系.另一方面,取代基的长度对于酶促聚合反应的产率却有较大的影响.随着环状磷酸酯的取代基长度增加,聚合单体的空间位阻增大,产率也降低.不同来源的酶对环状磷酸酯的催化效果不同.与AP相比, PPL和CL比AP显示出较好的催化活性.环状磷酸酯酶促聚合以后,其取代基的长度造成了聚磷酸酯侧链大小的不同,也导致相应的聚磷酸酯的某些性质的差异.侧链烷基基团越长,聚磷酸酯的亲酯性越强.聚磷酸甲酯、聚磷酸乙酯和聚磷酸异丁酯溶于甲醇而不溶于乙醚.但聚磷酸十二酯和聚磷酸十八酯却不溶于甲醇而溶于乙醚,而聚磷酸辛酯溶于常见的溶剂,即它具有一定的两亲性.Tab l e2 En zy m atic p ol y m er i zation of cyc lic ph osphate s i n bu l k at100℃for1.5dN o.Sub strat e Enzy m e M n D p M w/M n Yiel d(%)No.Subs trat e Enzy m e M n D p M w/M n Yiel d(%) 1EM P PPL172112.41.918610EOP PPL354615.01.76* 2EM P CL173212.41.759011EOP CL362715.41.74* 3EM P AP168512.12.017912ELP PPL432114.81.108 4EEP PPL177311.61.709113ELP CL18766.41.209 5EEP CL174611.51.808214ELP AP6631.20<5 6EEP AP160810.52.107915ESP PPL505913.51.4025 7E I BP PPL278815.52.203116ESP CL429111.41.5026 8E I BP CL227112.62.403217ESP AP34209.11.4020 9E I BP AP210711.72.1038 *No preci p itat e is ob tai ned after p recipitation in et her.The produ ct i s direct f or GP C meas u re m ent w it h out any treat men.t参 考 文 献[1] Troev K.,Ts evi R.,Bou rova T.et a l..J.Po l y m.S c.i PartA:Pol ym.Che m.[J],1996,34:621—631[2] Leong K.W.,M aoH.Q.,Zhuo R.X..C hin.J.Po l y m.S c.i[J],1995,13:289—314[3] W ang J.,M ao H.Q.,Leong K.W..J.Am.C he m.Soc.[J],2001,123:9480—9481[4] LiH.,Ric h ar d sM.,B rand tK.et a l..Pol ym.Prep.[J],1989,30:454—455[5] J ones A.S..M acro m ol ecu l es[J],1979,1:194—201[6] Lud w ick A.G.,Overber ger C.G..J.Pol ym.S c.i:Pol ym.C he m.Ed.[J],1982,20:2123—2138[7] Libiszo w ski J.,K al uzynsk iK.,Pen czek S..J.Po l y m.S c.i:Pol ym.C he m.Ed.[J],1978,16:1275—1283[8] W en J.,Zhuo R.X..M acr omo.l Rap i d.C o mm un.[J],1998,19:641—642[9] LI Feng(李 峰),Z HUO Ren-X i(卓仁禧).Ch e m.J.Ch inese Un i versities(高等学校化学学报)[J],2004,25(9):1780—1782[10] Edmun s on R.S..Ch e m.Ind.[J],1962:1828—1829[11] Li Y.J.,M atthe w s K.H.,Koda m a M.et a l..M acro m o.l Che m.Phys.[J],1995,196:3143—3153[12] G ross R. A.,Kum ar A.,Ka l ra B..C he m.Rev.[J],2001,101:2097—2124Enzy matic R i ng-open i ng Pol y m erization of E thy l ene A l kyl PhosphatesFENG Jun,WANG Peng,LI Feng,HE Feng,ZHUO Ren-X i*(D epart m ent of Che m istry,Wuhan Un i versity,Wuhan430072,China)Abst ract Enzy m atic ring-opening po l y m eriza tion o f cyclic phosphate w as achieved in t h is st u dy.NM R spec-tra experi m ents sho w ed tha t the po l y phospha t e prepar ed by CL-ca talyzed ri n g-opening po l y m eriza tion had hy-dr oxy and phospho ric acid end-g r oups at both ter m in.i The influence o f different r eacti o n fac t o rs such as r eac-tion te mperature,enzy m e concentrati o n and po ly m erization ti m e w as studied.S ix phosphates w ith differ ent al-kyl groups w ere po l y m e rized in bu l k by using three different enzym es.The r esu lt ind ica t e d tha t t h e leng th o f alky l g r oupsm ade no m ar ked infl u ence on D p bu t a ffec t e d t h e y ie l d g r eatly.The longe r t h e leng th of alky l groups,t h e str onger t h e lipophilicity of the po l y phospha t e s is.Porcine pancreas lipase(PPL)and candida r ug-osa lipase(CL)exhibited be tt e r activity than akaline pho spha tase(AP)in this poly m e rization reac tion.K eywords Po lyphosphate;Enzym atic po l y m eriza ti o n;R ing-open i n g po l y m e riza tion(Ed.:W,Z)。
酶催化的有机合成反应引言将生物催化剂应用于有机合成是目前最吸引人的研究领域。
有机化合物的生物合成和生物转化是一门以有机合成化学为主，与生物学密切联系的交叉学科，它也是当今有机合成化学的研究热点和重要发展方向。
酶不仅在生物体内可以催化天然有机物质的生物转化，也能在生物体外促进天然的或人工合成的有机化合物的各种转化反应，并且显示出优良的化学选择性、区域选择性和立体选择性。
第一节酶的特性（一）、什么是酶？酶是活细胞产生的一类具有催化功能的生物分子，所以又称为生物催化剂Biocatalysts 。
绝大多数的酶都是蛋白质。
酶催化的生物化学反应，称为酶促反应Enzymatic reaction。
在酶的催化下发生化学变化的物质，称为底物substrate。
（二）、酶和一般催化剂的共性1、用量少而催化效率高；2、它能够改变化学反应的速度，但是不能改变化学反应平衡。
3、酶能够稳定底物形成的过渡状态，降低反应的活化能，从而加速反应的进行。
（三），酶催化作用特性1．高效性酶的催化作用可使反应速度提高106 -1012倍。
例如：过氧化氢分解2H2O22H2O + O2用Fe+ 催化，效率为6*10-4 mol/mol. S，而用过氧化氢酶催化，效率为6*106 mol/mol.S。
用a-淀粉酶催化淀粉水解，1克结晶酶在65°C条件下可催化2吨淀粉水解。
酶催化反应过程2．选择性酶的专一性 Specificity又称为特异性，是指酶在催化生化反应时对底物的选择性。
3．反应条件温和酶促反应一般在pH 5-8 水溶液中进行，反应温度范围为20-40°C。
高温或其它苛刻的物理或化学条件，将引起酶的失活。
4.酶活力可调节控制5.某些酶催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关。
（四）、酶的命名及分类习惯命名法:1、根据其催化底物来命名；2、根据所催化反应的性质来命名；3、结合上述两个原则来命名，4、有时在这些命名基础上加上酶的来源或其它特点。
0引言除了纤维素外，木质素是自然界中的第二大聚合物，它不仅对农业、工业、环境有着重要的影响，与人们的生活息息相关，而且对植物体本身而言，都有着重要的功能：一是生物圈中最主要的碳素贮存方式之一；二是作为细胞壁中主要的聚合物之一，使其在加工过程中难于与纤维素分开，直接影响木料的性质；三是为植物提供机械支持使植物不会倒伏；四是降低了饲料作物如苜蓿等的可饲性和能消化性，进而影响畜牧业；另外，木质素及许多相关产物在植物生物的或非生物的抗性中具有许多功能，因此，苯丙烷代谢途径对植物的生存和健康具至关重要的作用[1-2]。
木质素主要是由香豆醇、松柏醇和芥子醇等3种主要的木质醇以不同的化学键连接而成的，这些木质醇是不同程度的羟基化或甲基化苯丙烷衍生物，在木质素分子中分别形成香豆醇残基（H ）、松柏醇残基（G ）和芥子醇残基（S ）等结构单元，这些不同类型的木质醇经过氧化物酶和漆酶等的氧化聚合分别形成大分子的H-型木质素、G-型木质素和S-型木质素[3-4]。
木质素的生物合成虽然未完全清楚，但经过多年的研究，普遍认为大致可分为3个步骤：首先是植物光合作用后的同化产物到芳香氨基苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸等的合成过程，称为莽草酸途径；其次是从苯丙氨酸到羟基肉桂酸(HCA)及其辅酶A 酯类，称为苯丙烷代谢途径；最后是从羟基肉桂酰辅酶A 酯类到合成木质醇及其聚合物的过程，称为木质素合成的特异途径。
现已研究证明，在木质素合成的苯丙烷代谢途径中有很多的酶参与作用，如苯丙氨酸基裂解酶(PAL)、作者简介：冉秀芝，女，1975年出生，重庆市酉阳县人，博士，讲师，主要从事生物化学与分子生物学方面的教学与科研工作。
通信地址：400050重庆市九龙坡区杨家坪兴胜路4号重庆工学院化学与生物工程学院，E-mail:ranxiuzhi2006@ 。
收稿日期：2008-04-20，修回日期：2008-12-16。
木质素生物合成代谢中的酶学研究进展冉秀芝（重庆工学院化学与生物工程学院，重庆400050）摘要：目前认为木质素是由多种简单的苯丙烷及其衍生物经聚合形成的复杂的聚合物，由羟基肉桂醇的衍生物——木质醇氧化聚合而形成的。
