生物催化

生物催化剂是指以酶作为生物催化剂的化学反应（催化）的实施和加速或控制。 酶完全或主要由一种或多种蛋白质组成，有时还包含辅因子。 生物体内的大多数生化反应都是由特定的酶催化的。

当在技术应用（生物技术）中使用生物催化时，酶，无论是分离的还是在活细胞中，都被用来催化化学反应。 这是一个处于生物技术和化学交叉领域的年轻领域。

然而，有时也区分生物催化作为所有酶催化生化反应的总称，而其他两个术语用于技术应用（生物技术）中的酶催化反应。

酿造啤酒是生物催化的一个例子，是人类已知最古老的化学过程之一。 使用细菌、酵母或真菌的生物催化过程已为人所知几个世纪，尤其是在葡萄酒、啤酒、奶酪和其他食品的生产中。 生物催化过程也已在制药工业中使用了很长时间。

它部分是关于实现无法以其他方式进行的反应，部分是关于用有毒试剂和溶剂替代现有的合成。 在可持续性方面，这些正在被更温和的方法所取代，因为生物催化剂通常在水中和 20 至 40 °C 的温度下工作。

具有重要经济意义的生物催化过程的例子有维生素 C 的生产、阿斯巴甜的生产、淀粉糖化成葡萄糖浆以及通过酶促裂解青霉素 G 生产抗生素。

生物催化剂用于有机合成的优势主要在于选择性，这是实现高产率的先决条件。 酶在化学选择性、区域选择性、非对映选择性和对映选择性方面具有优势。

酶通常在温和的条件下反应，因此在给定的反应条件下只有一个官能团发生反应。 这也意味着生物催化过程的产品通常更纯，副产品的分离问题更少。

由于酶的复杂结构，它们通常催化区域选择性和非对映选择性反应。 酶的经常存在的手性可以在各种反应中转移到前手性底物以产生对映体纯的组分。 这些成分作为手性结构单元非常受欢迎，特别是在农业化学中药用物质和活性成分的生产中。

温和的反应条件、在许多反应中使用水作为溶剂以及生物降解性是对生物催化进行深入研究的原因。

改进生物催化酶的成功方法是定向进化和合理的蛋白质设计。

对于不对称生物催化，可以区分两种基本方法； 一方面是外消旋体的动力学拆分和生物催化不对称合成。

在动力学外消旋体拆分中，外消旋体在酶的帮助下发生转化。 由于酶的手性，外消旋混合物中的一种对映异构体在生物催化下对目标产物反应更快，而另一种不反应。

生物催化不对称合成是一种反应，其中前手性成分被对映选择性地转化为手性成分，如酵母对酮的对映选择性还原。