高级酶工程

《高级酶工程》系统总结了酶工程领域的基本知识和近期新进展，共计16 章，包括酶工程的发展历程，酶的筛选与大数据挖掘方法、结构与功能解析、设计改造方法、高效筛选方法、表达与分离纯化、级联反应设计、人工途径设计、催化反应介质与固定化等，以及酶在生物催化、饲料食品、日化用品及医药农药化工等领域的应用。《高级酶工程》内容注重前沿理论和交叉技术的融合，将酶工程新技术和新的应用场景、新的交叉拓展领域囊括其中，诸如计算化学、新酶设计、化学酶催化、光酶催化等与新的学科领域交叉取得的新进展，此外还包括酶学和酶工程相关的新技术、新应用。

第1章 酶工程发展历程与展望 1
1.1 酶的发现、认识与酶工程诞生 1
1.1.1 酶的发现与认识 1
1.1.2 酶的命名和分类（一基因一酶假说） 3
1.1.3 酶结构功能与作用机制 5
1.1.4 酶的工业应用与酶工程诞生 8
1.2 经典生物化学时代的酶工程发展状况 9
1.2.1 酶的制备、分离纯化与酶工程发展 9
1.2.2 酶反应动力学研究与酶工程发展 10
1.2.3 酶的化学修饰与酶工程发展 11
1.2.4 酶的固定化研究与酶工程发展 11
1.3 分子生物学时代的酶工程发展状况 12
1.3.1 工具酶的发现和酶的异源表达生产 12
1.3.2 酶的定点突变与酶工程的发展 13
1.3.3 酶的定向进化与酶工程的发展 14
1.3.4 基因组测序与酶的发现及应用 15
1.4 合成生物学时代的酶工程发展状况 16
1.4.1 酶的计算设计与酶工程发展 16
1.4.2 深度机器学习与酶的设计及应用 16
1.5 多学科交叉融合对酶工程发展的影响 17
1.5.1 化学学科对酶工程发展的影响 17
1.5.2 材料学科对酶工程发展的影响 18
1.6 总结与展望 18
参考文献 18
第2章 酶的筛选与大数据挖掘 21
2.1 环境筛选 21
2.1.1 含微生物样品的采集 22
2.1.2 含微生物样品的富集培养 24
2.1.3 产酶微生物的筛选 25
2.2 宏基因组挖掘 26
2.2.1 环境样品的处理和DNA的分离 26
2.2.2 宏基因组文库构建 27
2.2.3 宏基因组文库筛选 28
2.3 大数据挖掘 30
2.3.1 大数据挖掘的基本方法 30
2.3.2 相关的数据库介绍及优缺点 31
2.3.3 基于大数据的相关获得酶基因的解析 34
2.4 酶基因合成 36
2.4.1 基因合成新技术 36
2.4.2 基因合成的理性设计 41
2.4.3 酶合成基因的表达及性能表征 43
2.5 总结与展望 46
参考文献 46
第3章 酶的结构与功能 55
3.1 酶一级序列的保守性与多样性 55
3.1.1 一级序列氨基酸组成 56
3.1.2 一级序列氨基酸残基的功能保守性 56
3.1.3 一级序列的遗传多样性 57
3.2 蛋白质功能执行的二级结构基础 57
3.2.1 α螺旋 57
3.2.2 β折叠 58
3.2.3 其他二级结构 59
3.2.4 高级结构单元超二级结构 60
3.3 酶的三级结构 61
3.3.1 蛋白质空间结构稳定因素 61
3.3.2 蛋白质折叠途径 62
3.4 蛋白质结构解析方法 63
3.4.1 X射线晶体衍射 63
3.4.2 核磁共振 64
3.4.3 冷冻电镜 65
3.4.4 蛋白质结构预测 66
3.5 酶的构效关系 67
3.5.1 酶结构与功能对应关系 68
3.5.2 酶结构与功能的进化 70
3.5.3 酶构效关系的调控 71
3.6 酶的功能 72
3.6.1 酶催化反应类型 73
3.6.2 酶活性口袋与识别 76
3.6.3 影响酶催化效率的因素 77
3.7 总结与展望 77
参考文献 78
第4章 酶催化化学与计算解析 84
4.1 酶的化学反应机制 84
4.1.1 酶对底物识别的分子机制 85
4.1.2 酶催化选择性的理论分析 86
4.1.3 酶催化的化学机制 87
4.2 酶反应机制及化学分析方法 87
4.2.1 研究酶催化反应机制的意义 87
4.2.2 研究酶反应机制的实验方法 89
4.2.3 研究酶反应机制的理论方法 90
4.3 酶反应热力学计算 96
4.3.1 酶催化反应的量热学 96
4.3.2 酶反应中的过渡态及中间体 97
4.3.3 酶反应的热力学计算 97
4.4 酶反应动力学 99
4.4.1 酶促反应高效性的动力学分析 100
4.4.2 酶反应动力学计算 101
4.5 酶的构效关系计算解析 102
4.5.1 影响酶反应关键结构因素分析 102
4.5.2 酶活性中心结构与反应机制的理论计算 102
4.5.3 酶催化反应构效关系 107
4.5.4 酶的理性设计 109
4.6 总结与展望 111
参考文献 111
第5章 酶的计算设计方法与应用 118
5.1 酶设计简介 118
5.1.1 酶的理性与非理性设计历史 118
5.1.2 蛋白质的计算设计简介 119
5.1.3 酶的计算设计简介 119
5.2 酶的计算设计方法：策略、软件与算法 120
5.3 酶计算设计的应用 122
5.3.1 酶的从头设计 122
5.3.2 酶与生物大分子的相互作用设计 124
5.3.3 酶与有机小分子的相互作用设计 126
5.3.4 金属酶的计算设计 128
5.3.5 非催化位点的计算设计 129
5.3.6 酶的计算设计在合成生物学中的应用 131
5.4 酶的稳定性设计 133
5.5 总结与展望 135
参考文献 135
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