优质食品酶的催化机制及在高端配料创制方面的应用基础

优质食品酶是食品生物加工的核心,是食品制造产业的“芯片”。我国食品酶领域的应用基础研究薄弱,70%以上的酶制剂市场被国际公司垄断,优质食品酶长期受制于人,难以支撑目前食品行业提质升级的发展需求。在此背景下,本文聚焦新型食品酶高效筛选和分泌表达的生物学基础,高端高值食品酶的催化机制,食品酶催化性能改造的结构基础,食品酶创制高端配料的内在规律及作用机制等关键科学问题,综述优质食品酶的催化机制及在高端配料创制方面的应用基础,旨在为食品高端配料的酶法创制提供理论和实践指导。

基于镍铁层状双氢氧化物的氧析出催化剂:催化机制、电极设计和稳定性

近几十年来,氧析出反应因其在能量储存和转换技术中的关键作用而受到了广泛关注。然而,它需要高效的催化剂例如IrO2和RuO2,来加速其缓慢的反应动力学。在所开发的低成本材料中,镍铁层状双氢氧化物(NiFe LDH)较为有前景,其在碱性电解质中表现出出色的氧析出性能,过电位很低,在10 mA·cm^(-2)处仅需200-300 mV。虽然人们在开发基于NiFe LDH的高效电催化剂方面做出了巨大努力并取得了一些成果,但是要进一步降低其过电位具有相当的挑战性。为了克服这个瓶颈,就需要明确识别其活性位点和催化机理,从根本出发来探究新的解决方案,以获得具有超低过电位的催化剂。本综述首先回顾了NiFe LDH的结构、组成和发展历史。虽然人们在研究催化活性位点和机制方面付出了巨大努力,但其真正的催化位点和机制仍然是模棱两可并存在争议的。我们对催化位点研究的代表性工作进行了全面分析,希望对催化机理和活性位点能提供一些深入认识和理解。此外,我们还就增强其催化活性的各种策略,如杂原子掺杂和引入空位等,进行了总结并基于电子和几何结构对其活性提高原理进行了分类,为开发高性能的NiFe LDH基催化剂提供新的见解和方向。此外,催化剂的稳定性,尤其是在高电流密度等技术条件下的稳定性至关重要,但常常被人们忽视。最新的研究表明,NiFe LDH基催化剂在高电流密度下运行一段时间就会出现严重的活性衰减。因此,本综述强调了稳定性问题的重要性,以引起更多研究者对此问题的关注,并分析了NiFe LDH基催化剂的衰减机理,总结和讨论了基于这些衰减机理开发的改善稳定性问题的最新策略。最后,本综述讨论了制备兼具优异催化活性和稳定性的NiFe LDH基的高效催化剂的可能发展方向。

非金属原子掺杂碳基材料活化PMS降解污染物及其催化机制

碳基材料具有较大的比表面积、良好的耐酸碱性、结构易于改性以及环境友好等特性,在催化活化过氧单硫酸盐(peroxymonosulfate,PMS)方面发挥了重要作用。理解碳基材料的结构和PMS活化机制对进一步设计高性能催化剂有着十分重要的指导意义。主要综述了N、B、P原子的单掺杂碳基催化剂及其研究现状,分析了不同杂原子掺杂碳基催化剂活化PMS的反应原理,详细阐释了杂原子掺杂改善反应活性的作用机制。此外,总结了不同类型杂原子掺杂CNT用于苯酚降解,并着重阐述了杂原子掺杂CNT活性改善的主要因素。最后,提出了当前杂原子掺杂碳基材料面临的一些挑战,给出了相关的解决建议并对该领域的发展进行了展望。

多组元化合物掺杂改善MgH_(2)释放氢的催化作用与催化机制研究进展

镁氢化物的结构热力学稳定性高、释放氢动力学缓慢等延缓了其实用化进程,研究者通过向其掺杂适量的具有催化效应的合金元素或化合物来改善该问题。MgH_(2)氢化物释放氢难易程度与其反应焓变和活化能有关,其机制主要有:较大颗粒或大块材料中镁形核生长——MgH_(2)基体表面的氢原子扩散模型;微米或纳米级的Mg形核生长——新形成镁外层的氢原子扩散模型。掺杂金属元素(M、RE)或二元氧化物或卤化物的催化作用在于形成的(M或RE)-H削弱了Mg-H键的结合能力,在机械球磨的协助下,二元氧化物或卤化物促进MgH_(2)形成丰富的缺陷并增大其比表面积、诱导Mg表面改性、激发Mg-H解离等。掺杂三元或多元化合物的贡献在于改善复合材料的微观特性、降低释放氢的起始温度和释放氢反应的活化能、提高释放氢速率。掺杂化合物对MgH_(2)的催化机制主要为:调整了MgH_(2)释放氢的反应途径、增加释放氢的反应活性点、在MgH_(2)基体中分布均匀、具有独特的化学活性、与MgH_(2)反应原位形成的产物——金属单质、氧化物或氟化物或合金、氢化物等具有多相协同催化作用。本文归纳了改善MgH_(2)释放氢掺杂的三元或多元化合物的催化作用与机制,提出了改善MgH_(2)释放氢的热力学和动力学的研究措施并展望了其应用前景,以期为研制出使用条件温和、热力学/动力学条件不苛刻的MgH_(2)氢化物提供参考。

聚酮合酶的催化机制及聚酮类化合物的组合生物合成

聚酮类化合物(polyketides,PKs)是一类来源广泛、数目庞大的天然产物。聚酮合酶(polyketide synthase,PKS)负责催化PKs的生物合成,是具有模块化结构的多功能复合酶,由一系列对称或非对称的二聚体模块组成。模块按照其功能的不同,可分为加载模块、延伸模块、卸载模块。各个模块中含有多个催化域,不同的催化域在聚酮链延伸过程中扮演着不同角色。模块以首尾相连的方式排列,通过非结构多肽接头或离散的对接结构域彼此连接,形成装配线来生产PKs。PKSs按照结构域和催化机制的不同,可以分为合成大环内酯类抗生素的I型PKSs(由迭代化PKSs和模块化PKSs组成)、合成芳香族聚酮类化合物的II型PKSs(也被叫做迭代类PKSs)和合成类黄酮化合物的III型PKSs。利用组合生物合成方法,如对不同聚酮物质或同一物质的不同结构域或模块进行交换,以及特异性地插入、替代、缺失关键基因,或者通过点突变等操作,可以形成重组PKSs,进而改变聚酮类化合物的结构。选择不同的起始和延伸单元,引入不同类型的PKSs后修饰酶以及对PKSs后修饰酶基因进行改造等方法,均可用于合成非天然PKs。本文概述了3大类型聚酮合酶的结构、催化机制和组合生物合成近期研究进展,为今后合理设计产量高、效价高、化学性质稳定的新型聚酮类化合物提供参考依据。

磷脂酶D及其催化机制的研究进展

磷脂酶D是一类具有水解作用和磷酰基转移作用的酶,故其在磷脂改性方面发挥重要作用。主要对磷脂酶D及其催化机制研究现状进行介绍,包括磷脂酶D的来源与制备、催化合成磷脂质、磷脂酶D的分子结构、分子催化机制与分子改造。最后对磷脂酶D的发展进行了展望。

环糊精制备过程的催化机制及其影响因素

环糊精主要是由环糊精葡萄糖基转移酶(CGT酶,EC 2.4.1.19)作用淀粉制备而得。除受CGT酶的来源及种类的影响之外,影响环糊精产率及产物特异性的因素还有很多,诸如酶作用时间、作用温度、pH、加酶量、添加物、底物种类、底物浓度、原料预处理程度等;此外,这些因素还将影响环糊精的制备工艺过程。然而,目前尚未有环糊精制备过程影响因素的系统报道。作者从环糊精糖基转移酶的催化机理分析入手,阐述影响环糊精产率及产物特异性的影响因素,同时结合环糊精的制备工艺,对环糊精制备相关研究进展进行综述,以期为在环糊精制备相关领域开展研究提供参考。

一种新型PET水解酶的结构与催化机制研究进展

介绍了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)废弃物的处理方法、新型PET水解酶PETase的降解活性及相关影响因素,总结了PETase的结构和催化降解机制,并对PETase生物降解的研究方向进行了展望。

海藻糖合酶的结构和催化机制研究进展

海藻糖合酶是一种能够催化麦芽糖和海藻糖之间发生双向替换反应的分子异构酶,这种合成途径是目前已知的海藻糖生成方式中最简洁的一条路径。该异构酶的结构特点及作用机制受到学术界和药理学界的广泛关注。该文从海藻糖合酶的晶体结构、催化机制及应用现状三个方面阐述有关海藻糖合酶的最新研究成果,有助于改进海藻糖相关产品研发模式,增加海藻糖工业生产经济效益。

α-羟酸脱氢酶催化机制及其应用前景

简述α-羟酸脱氢酶家族中的乙醇酸氧化酶、乳酸单加氧酶、乳酸氧化酶、细胞色素氧化酶b2和扁桃酸脱氢酶等几种酶的蛋白质分子结构和催化机理,对该类酶的催化机制进行了比较,揭示α-羟酸脱氢酶蛋白质分子结构与功能之间的关系,为其在食品、医疗检测、重要的医药化工中间体的合成等方面的应用提供理论指导。

温度响应的主客体超分子人工硒酶构建及催化机制研究

基于环糊精/金刚烷主客体作用制备了催化活力具有温度响应的超分子仿生硒酶（PNIPAM-CD-Te）。研究表明,PNIPAM-CD-Te的催化活力在25-45℃温度区间内具有典型的温度响应特性,37℃时具有最高催化活力（υ0=4.97mmol·L^-1·min^-1）;同时,PNIPAM-CD-Te还展现出典型的酶催化饱和动力学行为。此外,研究表明,PNIPAM-CD-Te聚合物骨架在温度响应过程中会发生自组装结构的变化,这一变化对调控PNIPAM-CD-Te的底物结合能力具有重要作用,是导致PNIPAM-CD-Te催化活力具有温度响应特性的根本原因。

磁性TiO_2光催化机制及在污水处理中的应用研究

综述了磁性TiO_2光催化剂的组成、分类、光催化机制及对污染物的降解作用,全面论述了磁性TiO_2光催化剂的研究现状。并针对磁性TiO_2光催化剂工业化应用中存在的问题进行阐述与分析,提出新型磁载TiO_2光催化剂的研究方向,并对催化机制研究内容进行深入探讨。最后,总结了磁性TiO_2光催化剂在污水处理方面的应用现状,并展望其今后发展趋势与应用前景。

大分子核酶的结构和催化机制

自然界存在的大分子核酶主要有第一类内含子、第二类内含子、RNase P的RNA亚基。它们的结构非常复杂。且都需要金属离子参加催化反应。

S-腺苷高半胱氨酸水解酶的晶体结构及其催化机制

AdoHcy水解酶是一重要的广谱抗病毒药物靶标,对其结构,特别是三维空间结构的研究,有助于深入了解和阐述其功能,并为实现基于靶标结构的药物设计和筛选奠定基础。该文介绍近年来有关AdoHcy水解酶晶体结构的研究成果。

固氮酶催化机制及化学模拟生物固氮研究进展

综述了固氮酶催化机制及化学模拟生物固氮研究的最新进展和问题。根据固氮酶在生理条件下,具有固氮和放氢双重功能的事实,认为在研究确定N_2络合和还原位点的同时,也应确定H^+还原成H_2的位点,才能为化学模拟生物固氮提供全面信息,以指导化学模拟物的设计与合成;并提出组成固氮酶活性中心原子簇的[FeS_3Fe_3]和[MoS_3Fe_3]可能分别是N_2还原和H^+还原位点的设想。此设想如经验证,将会简化模拟物的化学合成,可望加速实现在较温和的条件下(<300℃,<5066 kPa(50atm))将N_2还原成NH_3。

镍粒子在单壁碳纳米管生成中的催化机制

用CVD法制备单壁碳纳米管 ,一般加入镍金属颗粒作为催化剂。由于镍金属颗粒不同晶体表面对碳原子的吸附具有不同的活性 ,在制备单壁碳纳米管时 ,导致镍颗粒 (液态 )吸附的碳原子在其表面由活性小的晶面活性大的晶面扩散并沉积 ,结果围绕镍金属颗粒形成空腔 ,单壁碳纳米管得以生成。在单壁碳纳米管生长过程中 ,镍原子作为替位式原子 ,总是处在碳纳米管六角网络的最外端 ,起着缺陷稳定剂的并促进其生成。笔者阐述了镍金属颗粒催化剂的催化机制 ,并对单壁碳纳米管产物的形貌作了合理解释。

丝氨酸蛋白酶催化机制的量子化学研究(Ⅱ)

用半经验的 MNDO 法对几个模拟丝氨酸蛋白酶活性中心的系统作了研究,发现稳定化能与攻击基团的亲核能力密切相关。活化能的减少估计为9千卡/摩。表明氨键的形成并不能改变底物的形变。

中心镇建设的土地催化机制探讨──以上海宝山区罗店中心镇建设为例

中心镇是近几年出现的新生事物，其发展和建设模式尚处探索阶段。本文从对上海宝山区罗店中心镇的实地考察情况出发，论述了土地催化机制对中心镇的形成在当前具有重要意义。

丝氨酸蛋白酶催化机制的量子化学研究(Ⅲ)

本文提出并用CNDO/2法分析了以水分子作为Ser-195质子中间受体的质子转移模型系统,表明该系统酰化的活化势垒限制了Ser-195的质子及水分子与His-57的N^(ε_2)用氢键结合的质子,分别同步转移至水分子的氧原子和N^(ε_2)原子上的阶段。指出,在具有以水分子作为中问受体的模型中,在四面体的中间化合物完全形成以前,底物的质子化就开始了,而四面中间体仅形成质子化形式。提出了水分子可能是酰化酶去酰化阶段的亲核剂的假设。