現(xiàn)代酶工程

前言

　　生物工程正在成為發(fā)展最快、應(yīng)用最廣、潛力最大、競爭最為激烈的領(lǐng)域之一，也是最有希望取得關(guān)鍵性突破的學(xué)科之一，它與人們?nèi)粘Ｉ?、?jīng)濟(jì)和社會(huì)的關(guān)系密切，并且已經(jīng)滲透到工程科學(xué)、物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、管理科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、人文科學(xué)等幾乎所有的學(xué)科。而生物工程產(chǎn)業(yè)作為一個(gè)正在崛起的主導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)，已成為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的戰(zhàn)略重點(diǎn)和新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，將成為我國趕超世界發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)力水平，實(shí)現(xiàn)后發(fā)優(yōu)勢和跨越式發(fā)展最有前途、最有希望的領(lǐng)域?！　∽鳛樯锕こ讨匾M成部分的酶工程同樣在迅猛發(fā)展。酶工程是酶學(xué)和工程學(xué)相互滲透結(jié)合并發(fā)展而形成的一門新的技術(shù)科學(xué)，是酶學(xué)、微生物學(xué)的基本原理與化學(xué)工程等有機(jī)結(jié)合而產(chǎn)生的邊緣學(xué)科，作為生物工程中必不可少的重要組成部分，不但受到業(yè)內(nèi)的廣泛重視，也日益受到其它各領(lǐng)域內(nèi)研究者的普遍關(guān)注。作為生物催化劑的酶具有催化專一性好、效率高、作用條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、輕工、化工、能源、環(huán)保、檢測、生物技術(shù)等領(lǐng)域，深刻影響著許多重要的科學(xué)和實(shí)踐領(lǐng)域。隨著人類基因組計(jì)劃的完成及許多重要?jiǎng)游铩⒅参锖臀⑸锘蚪M的確定，可以預(yù)料，今后將有更多的酶被鑒別，并出現(xiàn)一批基因工程表達(dá)的酶制劑，酶的許多特殊功能將被發(fā)現(xiàn)。同時(shí)也可以預(yù)見，蛋白質(zhì)工程為酶的性質(zhì)改造和賦予新的功能提供了有力的工具，人們有理由期待，酶工程將在新世紀(jì)中大放異彩?！　∥覈?998年在生物化工（部分）、微生物制藥、生物化學(xué)工程（部分）、發(fā)酵工程等專業(yè)的基礎(chǔ)上設(shè)置生物工程專業(yè)以來，相關(guān)的教學(xué)和科學(xué)研究取得了迅猛發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2003年全國已有148所高校設(shè)立生物工程專業(yè)，本科生招生數(shù)已經(jīng)超過14000人。由于教學(xué)的需要，迫切需要有一本適合生物工程及相關(guān)專業(yè)使用的酶工程教材。浙江大學(xué)1988年以來一直在生物化工、生物工程等相關(guān)專業(yè)開設(shè)“酶工程”課程，并編寫《酶工程》講義。為了滿足教學(xué)、科研和生產(chǎn)的需要，結(jié)合多年來的教學(xué)體會(huì)，對(duì)原講義進(jìn)行多次修改、增刪后形成本書。本書在編排上結(jié)合酶工程的特點(diǎn)，系統(tǒng)地介紹了酶的分類和命名、酶的來源和生產(chǎn)、酶催化原理、酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等酶工程基礎(chǔ)知識(shí)，闡述了酶的固定化技術(shù)和應(yīng)用、酶的化學(xué)修飾和生物改造的原理和應(yīng)用、酶工程的新進(jìn)展，系統(tǒng)地介紹了核酶、抗體酶、模擬酶以及非水介質(zhì)中的酶催化反應(yīng)，最后對(duì)酶工程的應(yīng)用進(jìn)行了分析，并力求反映近年來酶工程領(lǐng)域內(nèi)涉及的新理論和新進(jìn)展?！　”緯烧憬髮W(xué)梅樂和教授和岑沛霖教授、浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院金志華副教授、浙江工業(yè)大學(xué)應(yīng)國清教授、浙江理工大學(xué)盛清副教授等共同編寫。編寫過程中得到了許多人士的關(guān)心和幫助，并被浙江省教育廳列為浙江省高校重點(diǎn)教材，在諸多方面給予支持，書中參考了許多學(xué)者的相關(guān)著作，在此一并表示感謝。　　鑒于編者水平有限，書中難免會(huì)有錯(cuò)誤或不妥之處，懇請讀者不吝賜教，提出寶貴意見。

內(nèi)容概要

　　《高等學(xué)校教材：現(xiàn)代酶工程》在編排上結(jié)合酶工程的特點(diǎn)，力求反映近年來酶工程領(lǐng)域內(nèi)涉及的新理論和新進(jìn)展，系統(tǒng)地介紹了酶的分類和命名、酶的來源和生產(chǎn)、酶催化原理、酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等酶工程基礎(chǔ)知識(shí)，闡述了酶的固定化技術(shù)和應(yīng)用、酶的化學(xué)修飾和生物改造的原理和應(yīng)用、酶工程的新進(jìn)展，著重介紹了核酶、抗體酶、模擬酶以及非水介質(zhì)中的酶催化反應(yīng)，最后介紹了酶工程的應(yīng)用。　　　　本書可作為高等院校生物工程、發(fā)酵工程、食品科學(xué)和工程、生命科學(xué)、生物技術(shù)、制藥工程等專業(yè)的教材使用，也可作為與生物工程有關(guān)的科研、設(shè)計(jì)和工廠的工程技術(shù)人員參考用書。

書籍目錄

1緒論11?1酶與生命11?2酶工程52酶工程基礎(chǔ)72?1酶的分類和命名72?1?1國際系統(tǒng)分類法72?1?2國際系統(tǒng)命名法142?1?3習(xí)慣名或常用名142?2酶的化學(xué)本質(zhì)、來源和生產(chǎn)142?2?1酶的組成和化學(xué)本質(zhì)142?2?2輔助因子和輔酶152?2?3酶的結(jié)構(gòu)152?2?4酶的活性中心162?2?5單體酶、寡聚酶、多酶復(fù)合體和多酶融合體172?2?6酶的來源和生產(chǎn)212?3酶催化原理312?3?1酶催化反應(yīng)的特點(diǎn)312?3?2酶催化作用的機(jī)制352?4酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)422?4?1簡單酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)432?4?2多底物酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)512?4?3酶催化反應(yīng)的抑制動(dòng)力學(xué)543酶的固定化和固定化酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)663?1酶的固定化663?1?1固定化酶的定義663?1?2固定化酶的制備方法673?2輔酶的固定化753?2?1輔基的固定化753?2?2輔酶的固定化763?2?3輔酶的再生773?3固定化酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)783?3?1固定化對(duì)酶活性及酶反應(yīng)系統(tǒng)的影響783?3?2固定化酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)814酶反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和放大924?1酶反應(yīng)器924?1?1攪拌罐式反應(yīng)器924?1?2填充床式反應(yīng)器934?1?3流化床反應(yīng)器944?1?4鼓泡式反應(yīng)器944?1?5膜反應(yīng)器944?1?6噴射式反應(yīng)器954?2酶反應(yīng)器的選擇954?2?1根據(jù)酶的應(yīng)用形式選擇反應(yīng)器964?2?2根據(jù)酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)選擇反應(yīng)器964?2?3根據(jù)底物酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)選擇反應(yīng)器974?3酶反應(yīng)器的設(shè)計(jì)974?4酶反應(yīng)器的放大1004?4?1經(jīng)驗(yàn)放大法1004?4?2其它放大1014?5酶反應(yīng)器的操作1035酶的分子修飾和改造1065?1酶的化學(xué)修飾1065?1?1酶的化學(xué)修飾的基本原理1065?1?2酶的化學(xué)修飾方法學(xué)1075?2酶蛋白分子側(cè)鏈的修飾1085?2?1羧基的化學(xué)修飾1085?2?2氨基的化學(xué)修飾1095?2?3胍基的化學(xué)修飾1105?2?4巰基的化學(xué)修飾1105?2?5組氨酸咪唑基的修飾1125?2?6色氨酸吲哚基的修飾1125?2?7酪氨酸殘基和脂肪族羥基的修飾1135?2?8甲硫氨酸甲硫基的修飾1135?3酶的表面化學(xué)修飾1145?3?1有機(jī)大分子對(duì)酶的化學(xué)修飾1145?3?2小分子物質(zhì)對(duì)酶的化學(xué)修飾1215?3?3修飾劑對(duì)酶修飾的影響1225?4酶蛋白分子的親和修飾1235?4?1親和標(biāo)記1235?4?2外生親和試劑與光親和標(biāo)記1245?5酶的化學(xué)交聯(lián)1255?6修飾酶的性質(zhì)及特點(diǎn)1265?7酶的生物法改造1305?7?1酶分子定向進(jìn)化的基本原理1305?7?2酶分子定向進(jìn)化的基本策略1315?7?3酶分子定向進(jìn)化的應(yīng)用和展望1336核酶與脫氧核酶1346?1核酶的催化類型1356?1?1Ⅰ型內(nèi)含子的自我剪接1356?1?2異體催化剪切型1366?1?3自體催化剪切型1376?2天然核酶1376?2?1錘頭形核酶1376?2?2發(fā)夾形核酶1386?2?3蛋白質(zhì)?RNA復(fù)合酶1396?2?4組Ⅰ內(nèi)含子和組Ⅱ內(nèi)含子1406?3脫氧核酶1416?3?110?23脫氧核酶1416?3?28?17脫氧核酶1416?3?3手槍形脫氧核酶1426?3?4“二分”型結(jié)構(gòu)脫氧核酶1426?3?5環(huán)狀結(jié)構(gòu)脫氧核酶1426?4核酶或脫氧核酶的應(yīng)用1437抗體酶1457?1抗體的結(jié)構(gòu)1457?2抗體酶的設(shè)計(jì)1467?2?1以過渡態(tài)類似物免疫為基礎(chǔ)的抗體酶設(shè)計(jì)1467?2?2工程抗體催化1477?3抗體酶的篩選和選擇1477?4抗體酶的制備方法1497?4?1拷貝法1497?4?2引入法1507?4?3誘導(dǎo)法1507?4?4抗體與半抗原互補(bǔ)法1517?4?5熵阱法1517?4?6多底物類似物法1527?4?7抗體庫法1527?5抗體酶催化的反應(yīng)1537?6抗體酶的應(yīng)用和發(fā)展前景1567?6?1抗體酶用于闡明化學(xué)反應(yīng)機(jī)制1567?6?2抗體酶在有機(jī)合成中的應(yīng)用1567?6?3抗體在疾病治療過程中的應(yīng)用1588模擬酶1618?1模擬酶的分類1618?1?1主客體酶模型1618?1?2膠束模擬酶1628?1?3肽酶1638?1?4半合成酶1638?2印跡酶1648?2?1分子印跡原理1648?2?2分子印跡聚合物的制備方法1668?2?3分子印跡酶1688?3環(huán)糊精模擬酶1718?3?1環(huán)糊精的結(jié)構(gòu)1718?3?2α?胰凝乳蛋白酶的模擬1738?3?3核糖核酸酶的模擬1738?3?4轉(zhuǎn)氨酶的模擬1748?4冠醚化合物的模擬酶1748?4?1水解酶的模擬1748?4?2肽合成酶的模擬1758?5超氧化物歧化酶的模擬1758?5?1Cu，Zn?SOD活性中心的模擬1758?5?2SOD的功能模擬1768?6模擬酶研究進(jìn)展1769非水介質(zhì)中的酶催化反應(yīng)1789?1非水介質(zhì)反應(yīng)體系1789?2酶在非水介質(zhì)中的性質(zhì)1809?2?1熱穩(wěn)定性1809?2?2底物專一性1819?2?3對(duì)映體選擇性1829?2?4區(qū)域選擇性1829?2?5化學(xué)鍵選擇性1829?2?6pH記憶1829?3非水介質(zhì)反應(yīng)體系中有機(jī)溶劑對(duì)酶催化反應(yīng)的影響1839?3?1有機(jī)溶劑對(duì)酶的結(jié)合水的影響1839?3?2有機(jī)溶劑對(duì)酶結(jié)構(gòu)的影響1849?3?3有機(jī)溶劑對(duì)底物和產(chǎn)物的影響1849?3?4有機(jī)溶劑對(duì)酶選擇性的影響1849?4水對(duì)非水介質(zhì)中酶催化的影響1859?4?1必需水1859?4?2水對(duì)酶催化反應(yīng)速度的影響1869?4?3水活度1889?4?4水對(duì)酶活性的影響1909?5非水介質(zhì)中的酶催化反應(yīng)類型1919?5?1C—O鍵的形成1919?5?2C—N鍵的反應(yīng)1929?5?3C—C鍵的形成1939?5?4還原反應(yīng)1939?5?5氧化反應(yīng)1949?5?6異構(gòu)化反應(yīng)1949?5?7C—X的反應(yīng)1949?6非水介質(zhì)酶催化的應(yīng)用1959?6?1光學(xué)活性化合物的制備1959?6?2旋光性聚合物的合成19610應(yīng)用酶工程19910?1淀粉酶20010?1?1α?淀粉酶20010?1?2β?淀粉酶20010?1?3葡萄糖淀粉酶20210?1?4異淀粉酶20210?2蛋白酶20410?3脂肪酶20610?4青霉素?；概c半合成抗生素20710?5淀粉酶、葡萄糖異構(gòu)酶與果葡糖漿的生產(chǎn)21010?6酶法生產(chǎn)L?氨基酸21210?6?1DL?氨基酸的酶法拆分21210?6?2酶法合成L?天冬氨酸21310?6?3酶法生產(chǎn)L?丙氨酸21310?7酶法生產(chǎn)有機(jī)酸21310?7?1酶法合成L?蘋果酸21310?7?2酶法合成L?酒石酸21410?7?3酶法合成長鏈二羧酸21410?7?4用酶水解腈生產(chǎn)相應(yīng)有機(jī)酸21410?8手性化合物的酶法合成和拆分21510?8?1手性化合物的酶法合成21610?8?2手性化合物的酶法拆分22110?9酶與生物傳感器22510?10酶在物質(zhì)分析檢測方面的應(yīng)用22710?10?1單酶反應(yīng)分析22710?10?2多酶偶聯(lián)反應(yīng)分析22810?10?3酶標(biāo)免疫分析22810?11用于疾病診斷和治療的酶23110?11?1用于疾病診斷的酶23110?11?2用于疾病治療的酶23210?12靶酶及酶標(biāo)藥物23311酶工程發(fā)展展望23411?1新酶的發(fā)現(xiàn)23411?2天然酶的改造23511?3仿生酶的研究23611?4酶應(yīng)用范圍的擴(kuò)大23711?5新應(yīng)用領(lǐng)域中酶催化動(dòng)力學(xué)的研究238參考文獻(xiàn)239

圖書封面

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