酶工程的“心脏”

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  • 80年代,当酶工程方兴未艾之时,一些学
  • zhě
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  • de
  • qíng
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  • de
  • xiǎng
  • xiàng
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  • xiàng
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  • miáo
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  • 者以饱满的热情和丰富的想象力,向世人描绘
  • le
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  • huà
  • xué
  • gōng
  • de
  • lán
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  • guǎng
  • kuò
  • de
  • hǎi
  • tān
  • shàng
  • pái
  • 了一份未来化学工业的蓝图;广阔的海滩上排
  • liè
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  • cáo
  • fǎn
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  • zhè
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  • fǎn
  • yīng
  • cáo
  • 列着密如蛛网的反应槽和反应管,这些反应槽
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  • zhuāng
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  • méi
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  • huà
  • 和反应管里面安装着各种固定化酶或固定化细
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  • páng
  • de
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  • yīng
  • tǒng
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  • 胞,彼此连通,组成了一个庞大的反应系统。
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  • de
  • duān
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  • shū
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  • de
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  • 反应系统的一端不停地输入取之不尽的海水和
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  • shū
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  • lái
  • de
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  • 空气,以及从其他工厂里输送来的一氧化碳和
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  • tàn
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  • yuán
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  • sòng
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  • 二氧化碳;另一端源源不断地送出各种化工产
  • pǐn
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  • 品,如化肥、橡胶、有机酸等等。这里不需要
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  • zào
  • shēng
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  • shuǐ
  • fèi
  • 什么高温高压设备,也没有噪声、废水和废气
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  • ……
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  • shí
  • me
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  • tán
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  •   这不是什么天方夜谭。步入90年代,以
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  • méi
  • gōng
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  • shēng
  • chǎn
  • dàn
  • féi
  • chū
  • jiàn
  • duān
  • --
  • 空气为原料,用酶工程生产氮肥已初见端倪--
  • yòng
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  • lái
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  • ān
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  • shí
  • xiàn
  • le
  • shǎo
  • liàng
  • de
  • gōng
  • huà
  • 用固定化酶来合成氨,已实现了少量的工业化
  • shēng
  • chǎn
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  • yǒu
  • de
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  • cóng
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  • 生产。所使用的酶,有的是从固氮菌中分离、
  • chún
  • chū
  • lái
  • de
  • dàn
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  • yǒu
  • de
  • shì
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  • dàn
  • méi
  • de
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  • 提纯出来的固氮酶,有的则是根据固氮酶的化
  • xué
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  • rén
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  • shì
  • jiè
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  • de
  • 学模型制成的人工模拟酶。预计,世界各国的
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  • gǎi
  • yòng
  • méi
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  • chéng
  • lái
  • chéng
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  •  
  • zhè
  • yàng
  • 大型氮肥厂将逐步改用酶工程来合成氨,这样
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  • de
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  • wēn
  • gāo
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  • yòu
  • néng
  • zài
  • shì
  • jiè
  • fàn
  • 既可节约大量的高温高压设备,又能在世界范
  • wéi
  • nèi
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  • nián
  • jiē
  • yuē
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  • dāng
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  • shí
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  • de
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  • yuán
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  • 围内每年节约相当于10亿吨石油的能源。
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  • dàn
  • féi
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  • yòng
  • kōng
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  • shuǐ
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  • yǎng
  • huà
  •   不仅是生产氮肥,用空气、水、一氧化
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  • huà
  • tàn
  • lái
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  • chǎn
  • xíng
  • xíng
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  • huà
  • gōng
  • chǎn
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  • duì
  • 碳和二氧化碳来生产形形色色的化工产品,对
  • méi
  • gōng
  • chéng
  • ér
  • yán
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  • dōu
  • shì
  • bàn
  • dào
  • de
  • shì
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  • 酶工程而言,都不是办不到的事。
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  • zhè
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  • hěn
  • guān
  • jiàn
  • de
  • shì
  • méi
  • de
  • huà
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  • bèi
  • chēng
  •   这里,很关键的是酶的固定化,它被称
  • wéi
  • shì
  • méi
  • gōng
  • chéng
  • de
  • zhōng
  • xīn
  •  
  • 为是酶工程的中心。
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  • méi
  • zuò
  • wéi
  • zhǒng
  • huà
  • xué
  • fǎn
  • yīng
  • de
  • cuī
  • huà
  •  
  • chú
  • le
  •   酶作为各种化学反应的催化剂,除了具
  • yǒu
  • gāo
  • xiào
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  • zhuān
  • de
  • yōu
  • diǎn
  • zhī
  • wài
  •  
  • tóng
  • shí
  • cún
  • zài
  • zhe
  • xiē
  • 有高效、专一的优点之外,同时也存在着一些
  • quē
  • diǎn
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  • yóu
  • méi
  • zài
  • běn
  • zhì
  • shàng
  • shì
  • dàn
  • bái
  • zhì
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  • zài
  • 缺点。例如,由于酶在本质上是蛋白质,在遇
  • dào
  • gāo
  • wēn
  •  
  • qiáng
  • suān
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  • qiáng
  • jiǎn
  • shí
  • jiù
  • huì
  • shī
  • huó
  • xìng
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  • háo
  • cuī
  • 到高温、强酸、强碱时就会失去活性,毫无催
  • huà
  • gōng
  • néng
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  • 化功能可言。又如,酶的分离、提纯和生产,
  • yào
  • g
  • fèi
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  • de
  • shí
  • jiān
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  • tóu
  • liàng
  • de
  • shù
  • láo
  • dòng
  •  
  • 要花费大量的时间,投入大量的技术和劳动,
  • yīn
  • ér
  • chéng
  • běn
  • hěn
  • gāo
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  • jià
  • qián
  • hěn
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  • 因而成本很高,价钱很贵。
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  • duì
  • méi
  • gōng
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  • lái
  • shuō
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  • zuì
  • yào
  • mìng
  • de
  • shì
  •  
  • méi
  • cuī
  • huà
  • fǎn
  •   对酶工程来说,最要命的是,酶催化反
  • yīng
  • wǎng
  • wǎng
  • shì
  • zài
  • shì
  • jìn
  • háng
  • de
  •  
  • fǎn
  • yīng
  • wán
  •  
  • méi
  • 应往往是在稀释液体里进行的,反应完毕,酶
  • nán
  • huí
  • shōu
  •  
  • jiù
  • shì
  • shuō
  •  
  • shì
  • shí
  • shàng
  • méi
  • zhī
  • néng
  • shǐ
  • yòng
  • 难以回收。也就是说,事实上酶只能使用一次
  •  
  •  
  •  
  • fāng
  • miàn
  • shì
  • méi
  • de
  • chéng
  • běn
  • hěn
  • gāo
  •  
  • fāng
  • miàn
  • shì
  • méi
  •   一方面是酶的成本很高,一方面是酶可
  • fǎn
  • shǐ
  • yòng
  • chéng
  • qiān
  • shàng
  • wàn
  • ér
  • shì
  • shí
  • shàng
  • zhī
  • shǐ
  • yòng
  • le
  • 以反复使用成千上万次而事实上只使用了一次
  •  
  • zhè
  • shì
  • tài
  • làng
  • fèi
  • le
  • ma
  •  
  • méi
  • de
  • tuī
  • guǎng
  • yīng
  • yòng
  • zài
  • zhè
  • wèn
  • ,这不是太浪费了吗?酶的推广应用在这个问
  • shàng
  • dào
  • le
  • lán
  •  
  • 题上遇到了拦路虎。
  • 60
  • nián
  • dài
  • chū
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  • wèi
  • liè
  • xué
  • jiā
  • xiān
  • 60年代初,一位以色列科学家率先取得
  • le
  •  
  • xiàn
  •  
  • shēng
  • bāo
  • de
  • duō
  • méi
  • bìng
  • shì
  • 了突破。他发现,生物细胞里的许多酶并不是
  • zài
  • róng
  • zuò
  • yòng
  •  
  • ér
  • shì
  • bāo
  • mái
  • zài
  • bāo
  • huò
  • 独立在溶液里起作用,而是包埋在细胞膜里或
  • bāo
  • miàn
  • zuò
  • yòng
  • de
  •  
  • shì
  •  
  • shì
  • zhe
  • fèn
  • 其他细胞器里面起作用的。于是,他试着把分
  • dào
  • de
  • méi
  • jié
  • dào
  • mǒu
  • zhǒng
  • róng
  • shuǐ
  • de
  • zǎi
  • shàng
  •  
  • huò
  • 离得到的酶结合到某种不溶于水的载体上,或
  • zhě
  • shì
  • bāo
  • mái
  • tiān
  • rán
  • de
  • huò
  • rén
  • gōng
  • chéng
  • de
  • shàng
  •  
  • zhè
  • yàng
  • jiù
  • 者是包埋于天然的或人工合成的膜上,这样就
  • zhuāng
  • pèi
  • chéng
  • le
  • huà
  • méi
  •  
  • jiē
  • zhe
  • yòu
  • duì
  • huà
  • méi
  • de
  • cuī
  • 装配成了固定化酶。接着他又对固定化酶的催
  • huà
  • xìng
  • jìn
  • háng
  • guān
  • chá
  •  
  • chū
  • liào
  • xiàn
  •  
  • duō
  • méi
  • jīng
  • 化特性进行观察,出乎意料地发现,许多酶经
  • guò
  • huà
  • hòu
  •  
  • huó
  • xìng
  • háo
  • wèi
  • jiǎn
  •  
  • wěn
  • xìng
  • fǎn
  • ér
  • yǒu
  • 过固定化以后,活性丝毫未减,稳定性反而有
  • le
  • gāo
  •  
  • zài
  • fǎn
  • yīng
  • róng
  •  
  • huà
  • méi
  • fǎn
  • 了提高。在反应容器里,固定化酶可以反复利
  • yòng
  •  
  • chéng
  • bǎi
  •  
  • chéng
  • qiān
  • zài
  • huī
  • xiào
  • néng
  •  
  • biàn
  • chéng
  • 用,成百次、成千次在发挥效能,以不变促成
  • wàn
  • biàn
  •  
  • zhè
  • wèi
  • liè
  • xué
  • jiā
  • wàn
  • fèn
  • xīn
  • jiāng
  • de
  • 万变。这位以色列科学家万分欣喜地将他的发
  • xiàn
  • gōng
  • zhū
  • shì
  •  
  • 现公诸于世。
  •  
  •  
  • zhè
  • xiàn
  • shì
  • méi
  • de
  • tuī
  • guǎng
  • yīng
  • yòng
  • de
  • zhuǎn
  • shé
  • diǎn
  •  
  •   这一发现是酶的推广应用的转折点,也
  • shì
  • méi
  • gōng
  • chéng
  • zhǎn
  • de
  • zhuǎn
  • shé
  • diǎn
  •  
  • 是酶工程发展的转折点。
  •  
  •  
  • zài
  • zhè
  • zhǎn
  • de
  • chǔ
  • shàng
  •  
  • méi
  • de
  • huà
  • shù
  •   在这一发展的基础上,酶的固定化技术
  • xīn
  • yuè
  •  
  • biǎo
  • xiàn
  • zài
  • liǎng
  • fāng
  • miàn
  •  
  • 日新月异。它表现在两方面:
  •  
  •  
  • fāng
  • miàn
  • shì
  • de
  • fāng
  •  
  • cóng
  • qián
  • lái
  • kàn
  •  
  •   一方面是固定的方法。从目前来看,固
  • de
  • fāng
  • yǒu
  • lèi
  •  
  •  
  • gòng
  • jià
  • jiàn
  •  
  • jiāo
  • 定的方法有四大类:吸附法、共价键合法、交
  • lián
  • bāo
  • mái
  •  
  • suǒ
  • shǐ
  • yòng
  • de
  • zǎi
  • cái
  • liào
  • jié
  • shù
  • 联法和包埋法。所使用的载体材料和结合技术
  • g
  • mén
  •  
  • céng
  • chū
  • qióng
  •  
  • 五花八门,层出不穷。
  •  
  •  
  • lìng
  • fāng
  • miàn
  • shì
  •  
  • bèi
  • xià
  • lái
  • yòng
  • cuī
  • huà
  • fǎn
  • yīng
  •   另一方面是,被固定下来用于催化反应
  • de
  •  
  • chú
  • le
  • zhǒng
  • méi
  • zhī
  • wài
  •  
  • yòu
  • zhǎn
  • le
  • hán
  • yǒu
  • méi
  • de
  • bāo
  • 的,除了各种酶之外,又发展了含有酶的细胞
  •  
  • zhè
  • yòu
  • jiào
  • huà
  • bāo
  •  
  • huà
  • bāo
  • shěng
  • què
  • le
  • méi
  • de
  • ,这又叫固定化细胞。固定化细胞省却了酶的
  • chún
  • huà
  •  
  • ér
  • qiě
  • yǒu
  • duō
  • zhǒng
  • méi
  •  
  • néng
  • cuī
  • huà
  • 提取和纯化,而且它具有多种酶,能催化一系
  • liè
  • de
  • fǎn
  • yīng
  •  
  • gāo
  • le
  • xiào
  •  
  • yǒu
  • de
  • shì
  •  
  • 列的反应,大大提高了效率。有意思的是,固
  • huà
  • bāo
  • hái
  • jīng
  • le
  • cóng
  • bāo
  •  
  • zhōng
  • de
  • méi
  • réng
  • 定化细胞还经历了从固定死细胞(其中的酶仍
  • yǒu
  • huó
  • xìng
  •  
  • dào
  • huó
  • bāo
  • de
  • zhǎn
  • guò
  • chéng
  •  
  • 有活性)到固定活细胞的发展过程。
  •  
  •  
  • rán
  • méi
  • xiàng
  •  
  • huà
  • méi
  • huà
  • bāo
  •   与自然酶相比,固定化酶和固定化细胞
  • yǒu
  • míng
  • xiǎn
  • de
  • yōu
  • diǎn
  •  
  • 具有明显的优点:
  •  
  •  
  •  
  • zuò
  • chéng
  • zhǒng
  • xíng
  • zhuàng
  •  
  • zhuàng
  •  
  • guǎn
  •   一、可以做成各种形状,如颗粒状、管
  • zhuàng
  •  
  • zhuàng
  •  
  • zhuāng
  • zài
  • fǎn
  • yīng
  • cáo
  • zhōng
  •  
  • biàn
  • chū
  •  
  • biàn
  • lián
  • 状、膜状,装在反应槽中,便于取出,便于连
  •  
  • fǎn
  • shǐ
  • yòng
  •  
  • 续、反复使用。
  •  
  •  
  • èr
  •  
  • wěn
  • xìng
  • gāo
  •  
  • shī
  • huó
  • xìng
  •  
  • shǐ
  • yòng
  •   二、稳定性提高,不易失去活性,使用
  • shòu
  • mìng
  • yán
  • zhǎng
  •  
  • 寿命延长。
  •  
  •  
  • sān
  •  
  • biàn
  • dòng
  • huà
  • cāo
  • zuò
  •  
  • shí
  • xiàn
  • yòng
  • diàn
  • nǎo
  • kòng
  • zhì
  •   三、便于自动化操作,实现用电脑控制
  • de
  • lián
  • shēng
  • chǎn
  •  
  • 的连续生产。
  •  
  •  
  • huà
  • shù
  • shǐ
  • méi
  • gōng
  • chéng
  • de
  • tuī
  • guǎng
  • tóng
  • hòu
  •   固定化技术使得酶工程的推广如同雨后
  • chūn
  • sǔn
  • bān
  •  
  • cóng
  • běn
  • shǒu
  • xiān
  • cǎi
  • yòng
  • huà
  • méi
  • lái
  • shēng
  • chǎn
  • ān
  • 春笋一般。从日本首先采用固定化酶来生产氨
  • suān
  • kāi
  • shǐ
  •  
  • dào
  • jīn
  • yǒu
  • shù
  • shí
  • guó
  • jiā
  • cǎi
  • yòng
  • huà
  • 基酸开始,到如今已有数十个国家采用固定化
  • méi
  • huà
  • bāo
  • jìn
  • háng
  • gōng
  • shēng
  • chǎn
  •  
  • chǎn
  • pǐn
  • bāo
  • jiǔ
  • jīng
  • 酶和固定化细胞进行工业生产,产品包括酒精
  •  
  • jiǔ
  •  
  • zhǒng
  • ān
  • suān
  •  
  • zhǒng
  • yǒu
  • suān
  • yào
  • pǐn
  • děng
  • 、啤酒、各种氨基酸、各种有机酸以及药品等
  • děng
  •  
  • jīn
  • hòu
  • méi
  • gōng
  • chéng
  • zhǎn
  • de
  •  
  • jiāng
  • huà
  • 等。今后酶工程发展的步伐,也将与固定化技
  • shù
  • de
  • gāo
  • jǐn
  • jǐn
  • xiàng
  • lián
  •  
  • 术的提高紧紧相连。
     

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    轻信议和放松戒备的土木堡之战

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    古希腊人怎样测量地球

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