设计模拟酶： ——基于酶的作用机制， ——基于对简化的人工体系中识别、结合和催化的 研究。 要想得到一个真正有效的模拟酶，这两方面就 必须统一结合。 在设计模拟酶时除具备催化基团之外，还要考虑到与 底物定向结合的能力。模拟酶要和酶一样，能够在底 物结合中，通过底物的定向化、键的扭曲及变形来降 低反应的活化能。 酶模型的催化基团和底物之间必须具有相互 匹配的立体化学特征，这对形成良好的反应 特异性和催化效力是相当重要的。
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产品设计用户分析
蜂巢与散热器
有效散热 节省材料 坚固
飞机仿造蜻蜓的翅 膀配重防止振颤
• 你仔细观察过飞机的翅膀吗？它们看起来是不是 很结实的？你知道吗？在飞机高速飞行的时候， 飞机的翅膀都会发生“颤振”的现象，也就是说， 飞机的翅膀会不由自主地振动，可别小看这种有 害的振动哦，有时候，它会造成翼折人亡的惨剧。 当我们人类正在为这个难题所困扰的时候，自然 界里的昆虫们早在千百万年前，就发明了对抗颤 振的方法。蜻蜓翅膀上的黑痣就是这方面的杰作。 有人做过实验，如果把蜻蜓翅膀上的黑痣去掉， 那么蜻蜓在飞起来的时候就会荡来荡去的。于是， 人们根据蜻蜓翅痣的原理，在飞机翅膀上也设计 了加厚的部分，这样就能消除颤振的危害。
这种声波碰到墙上，必然折回，它的 耳膜就能分辨障碍物的距离远近，而 向适宜方向飞去。蝙蝠传输声波也像 雷达一样，都是相距极短的时间而且 极有规则，并且每只蝙蝠，有其固有 的频率，这样蝙蝠可分清自己的声音， 不至发生扰乱。因这缘故，蝙蝠飞行 之时，常是张口，假如你将它口紧闭， 它便失去指挥作用，假如堵上它的耳 3 朵，便要撞到墙上，无法飞行。
化学仿生学
• 是一门介于化学与生物学之间的边缘科学， 是用化学方法在分子水平上模拟生物体功 能的一门科学。
• 其研究内容主要为：模拟生物体内的化学 反应过程，模拟生物体内的物质输送过程， 以及模拟生物体内的能量转换等过程。
Ⅰ.人工酶
• 生物体内的成千上万种化学反应都是在酶 的催化下进行的。酶催化反应的特点是在 常温、常压下，在一个很复杂的混合体系 中专一地、高效地、有条不紊地进行。其 高效性就是指强大的催化能力。例如，同 样是催化过氧化氢分解为水和氧气，过氧 化氢酶的催化效率比一般无机催化剂高一 千万倍。 • 化学仿生学的任务之一就是仿照天然酶合 成出人工酶。
乌龟的龟壳与薄壳建筑
龟壳的背甲呈拱形，跨度大，包括许多力学原理。虽然它只有2 mm的厚度，但使用铁锤敲砸也很难破坏它。建筑学家模仿它进 行了薄壳建筑设计。这类建筑有许多优点：用料少，跨度大，坚 固耐用。薄壳建筑也并非都是拱形，举世闻名的悉尼歌剧院则像 一组泊港的群帆。
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乌龟与小提琴
• 你知道小提琴是怎么发明的吗？这得从一个古老而美丽的 传说讲起，它跟乌龟有关。两千多年前，在古埃及有一个 叫美尔古里的音乐家。有一天，他在尼罗河边悠闲地散步， 走着走着，突然踢到了一个什么东西，瞬时发出了一阵悦 耳的声音。他低头一看，原来是一只乌龟。这时，美尔古 里纳闷了：乌龟怎么能发出像乐器一样的声音呢？他带着 好奇的心理，把乌龟拿回家，放在桌上仔细瞧瞧，后来他 经过专心研究，发现了乌龟壳受振动而发音的原理，并仿 照乌龟壳的外型制造了世界上第一把小提琴。当然，这时 的小提琴还只是雏形。后来，在16世纪-18世纪，意大利 的一些制琴师对早期小提琴进行材料和音阶上的调整，最 终做成了现代小提琴的模样。
模拟酶的酶学基础 酶是如何发生效力的？对酶的催化机制， 人们提出了很多理论，试图从不同角度阐述 酶发挥高效率的原因。 在众多的假说中，Pauling 的稳定过渡态理 论得到了广泛的承认。 基于Pauling稳定过渡态理论，目前对酶的 催化机制解释是酶先对底物结合，进而选择 性稳定某一特定反应的过渡态(TS)，降低反 应的活化能，从而加快反应速度。
Ⅱ. 仿 生 物 膜
人工膜
• 仿生膜的研究，就是在充分了解和认识生 物膜的组成、结构和功能，尤其是双磷脂 层的结构和功能的基础上，设计与制造出 与其组成或结构相似的仿生膜材料，模仿 出生物膜的信息传输和识别功能。
人工膜的特点 :ห้องสมุดไป่ตู้
化学组成和厚度与 天然膜相似：能有效地分开两种不同的水 相；具有结构和化学两侧不对称性，易于 操作， 能用来研究膜的向量功能（如传递等）
茅草与锯子
• 2000多年前，鲁国有一个手艺高超的木匠，名叫 鲁班，他被后人誉为木工的祖师爷。一日，君王 命令他修建宫殿，并对其限以时日，在那个时候， 锯子还没有出现，木匠伐木都用斧子。用斧子伐 木，不仅速度慢、费力，而且切口不平整。眼看 君王规定的工期越来越近，鲁班真是焦急万分， 但又一筹莫展。一天，他带领众工匠上山伐木树， 在山林中穿行时，鲁班的手指蹭过几楼丝茅草后， 竟然被划开了严整的口子，顿时鲜血隐出，他觉 得奇怪，一片柔弱的草叶怎么会有如此威力呢？ 经过仔细观察，他发现草叶子的边缘的形状，将 铁条依样打磨，打磨后的细细铁条，果然神奇无 比，伐树锯木飞快异常，随后，经过不断地改良， 锯子终于诞生了。
蝙蝠的回声定位与雷达
蝙蝠怎样知道前面有无障碍 呢？关于这事有两位美国生 物学家格利芬和迦朗包在一 九四○年已经证明，蝙蝠能 够避免碰撞，是藉一种天然 雷达，不过是声波代替电磁 波，在原理方面完全相仿。 从蝙蝠口中发出一种频率极 高的声波，超过人类听觉范 围以外，二位科学家藉着一 种特制的电力设备，在蝙蝠 飞行时，将它所发的高频率 声波记录出来。
• 通过从生物体内分离出某种酶之后，研究清楚其 化学结构和作用催化剂的催化机理，在此基础上 设法人工合成这种酶或其类似物，用以实现相应 的酶催化反应而制得相应的产品。 • 在这方面已取得成果的例子有：人工制得了合成 氨基酸的酶，也制得了消化蛋白质用的常见的酶 等。 • 在这方面，对固氮酶的研究是一项非常重要的工 作。固氮酶是豆科植物根部产生的一种酶，它在 常温常压下就可以使空气中的氮气与某些含氢物 质发生反应，变成氨提供给植物作氮肥，因此， 模拟固氮酶研究如获得成功，将是化学仿生学上 的一个十分重大的成果。