现代酶工程(第二版)

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1 绪论001 1.1 酶与生命002 1.2 酶工程005 2 酶工程基础009 2.1 酶的分类和命名009 2.1.1 酶的国际系统分类009 2.1.2 国际系统命名法017 2.1.3 习惯名或常用名017 2.2 酶的组成、结构、筛选和生产018 2.2.1 酶的组成018 2.2.2 辅因子和辅酶018 2.2.3 酶的结构019 2.2.4 酶的活性中心021 2.2.5 单体酶、寡聚酶、多酶复合体和多酶融合体022 2.2.6 酶的筛选与发现025 2.2.7 酶的生产029 2.2.8 酶的分离和提纯031 2.2.9 酶的无细胞表达体系制备036 2.3 酶催化原理038 2.3.1 酶催化反应的特点038 2.3.2 酶催化作用的机制041 2.4 酶催化反应动力学049 2.4.1 简单酶催化反应动力学050 2.4.2 多底物酶催化反应动力学059 2.4.3 酶催化反应的抑制动力学062 2.5 多酶级联催化体系073 2.5.1 多酶级联反应的分类073 2.5.2 多酶级联反应的构建074 2.5.3 多酶级联反应的研究展望077 3 核酶与脱氧核酶079 3.1 核酶080 3.1.1 锤头形核酶080 3.1.2 发夹形核酶081 3.1.3 核糖核酸酶P 081 3.1.4 GroupⅠ内含子和GroupⅡ内含子082 3.2 脱氧核酶083 3.2.1 10-23 脱氧核酶084 3.2.2 8-17 脱氧核酶085 3.2.3 手枪形脱氧核酶085 3.2.4 “二分”型结构脱氧核酶085 3.2.5 环状脱氧核酶085 3.3 核酶与脱氧核酶的应用086 3.3.1 检测中的应用086 3.3.2 在疾病治疗中的应用087 4 抗体酶089 4.1 抗体酶的制备方法090 4.1.1 底物过渡态类似物免疫法090 4.1.2 拷贝法091 4.1.3 引入法091 4.1.4 基于抗体库构建抗体酶092 4.2 抗体酶的筛选093 4.3 抗体酶催化的反应095 4.4 抗体酶的应用098 4.4.1 抗体酶用于阐明化学反应机制098 4.4.2 抗体酶在有机合成中的应用098 4.4.3 抗体酶在疾病治疗中的应用100 5 模拟酶103 5.1 环糊精模拟酶103 5.2 冠醚模拟酶105 5.3 胶束模拟酶105 5.4 分子印迹模拟酶106 5.5 纳米酶108 5.5.1 纳米酶的催化反应类型109 5.5.2 典型纳米酶的反应动力学111 5.5.3 纳米酶的活性位点111 5.5.4 纳米酶的催化机制112 5.5.5 纳米酶的设计与调控112 5.5.6 纳米酶的制备113 5.5.7 纳米酶的应用115 6 酶的分子修饰和改造119 6.1 酶的化学修饰119 6.1.1 酶的化学修饰的基本原理119 6.1.2 酶的化学修饰方法学120 6.2 酶蛋白分子侧链的修饰121 6.2.1 羧基的化学修饰122 6.2.2 氨基的化学修饰122 6.2.3 胍基的化学修饰123 6.2.4 巯基的化学修饰123 6.2.5 组氨酸咪唑基的修饰125 6.2.6 色氨酸吲哚基的修饰125 6.2.7 酪氨酸残基和脂肪族羟基的修饰125 6.2.8 甲硫氨酸甲硫基的修饰126 6.3 酶的表面化学修饰127 6.3.1 有机大分子对酶的化学修饰127 6.3.2 小分子物质对酶的化学修饰134 6.3.3 修饰剂对酶修饰的影响135 6.4 酶蛋白分子的亲和修饰136 6.4.1 亲和标记137 6.4.2 外生亲和试剂与光亲和标记137 6.5 酶的化学交联138 6.6 修饰酶的性质及特点140 6.7 酶蛋白分子的生物改造144 6.7.1 酶分子体外定向进化的基本原理145 6.7.2 酶分子体外定向进化的基本策略145 6.7.3 酶分子体外定向进化的应用148 6.7.4 酶分子体内定向进化与应用149 6.7.5 酶半理性设计150 6.7.6 酶理性设计150 6.7.7 机器学习算法151 6.7.8 酶分子从头设计152 7 酶的固定化和固定化酶反应动力学155 7.1 酶的固定化155 7.1.1 固定化酶的定义155 7.1.2 固定化酶的制备方法156 7.2 辅基与辅酶的固定化164 7.2.1 辅基的固定化164 7.2.2 辅酶的固定化166 7.2.3 辅酶的再生167 7.3 固定化酶催化反应动力学168 7.3.1 固定化对酶活性及酶反应系统的影响168 7.3.2 固定化酶反应动力学171 8 非水介质中的酶催化反应183 8.1 非水介质反应体系183 8.1.1 有机介质反应体系184 8.1.2 离子液体介质反应体系185 8.1.3 低共熔溶剂介质反应体系186 8.2 酶在非水介质中的性质186 8.2.1 热稳定性187 8.2.2 底物专一性188 8.2.3 对映体选择性189 8.2.4 区域选择性189 8.2.5 化学键选择性189 8.2.6 pH 记忆189 8.3 非水介质反应体系中溶剂对酶催化反应的影响190 8.3.1 有机溶剂对酶催化反应的影响190 8.3.2 离子液体对酶催化反应的影响192 8.3.3 低共熔溶剂对酶催化反应的影响193 8.4 水对非水介质中酶催化的影响193 8.4.1 必需水193 8.4.2 水对酶催化反应速度的影响194 8.4.3 水活度196 8.4.4 水对酶活性的影响198 8.5 非水介质中的酶催化反应类型199 8.5.1 C—O 键的形成199 8.5.2 C—N 键的反应201 8.5.3 C—C 键的形成201 8.5.4 还原反应202 8.5.5 氧化反应202 8.5.6 异构化反应203 8.5.7 C—X 的反应203 8.6 非水介质酶催化的应用204 8.6.1 光学活性化合物的制备204 8.6.2 旋光性聚合物的合成205 9 酶反应器的设计和放大209 9.1 酶反应器209 9.1.1 搅拌罐式反应器209 9.1.2 填充床反应器210 9.1.3 流化床反应器211 9.1.4 鼓泡式反应器211 9.1.5 膜反应器212 9.1.6 喷射式反应器212 9.2 酶反应器的选择213 9.2.1 根据酶的应用形式选择反应器213 9.2.2 根据酶反应动力学性质选择反应器214 9.2.3 根据底物酶反应动力学性质选择反应器215 9.3 酶反应器的设计215 9.4 酶反应器的放大218 9.4.1 经验放大法218 9.4.2 其它放大219 9.5 酶反应器的操作221 10 应用酶工程225 10.1 淀粉酶226 10.1.1 α-淀粉酶227 10.1.2 β-淀粉酶227 10.1.3 葡萄糖淀粉酶228 10.1.4 异淀粉酶229 10.2 蛋白酶230 10.3 脂肪酶233 10.4 青霉素酰化酶与半合成抗生素234 10.5 淀粉酶、葡萄糖异构酶与果葡糖浆的生产237 10.6 酶法生产L-氨基酸240 10.6.1 DL-氨基酸的酶法拆分240 10.6.2 酶法合成L-天冬氨酸241 10.6.3 酶法生产L-丙氨酸241 10.7 酶法生产有机酸241 10.7.1 酶法合成L-苹果酸241 10.7.2 酶法合成L-酒石酸242 10.7.3 酶法合成长链二羧酸242 10.7.4 用酶水解腈生产相应有机酸243 10.8 手性化合物的酶法合成和拆分243 10.8.1 手性化合物的酶法合成244 10.8.2 手性化合物的酶法拆分251 10.9 酶与生物传感器256 10.10 酶在物质分析检测方面的应用257 10.10.1 单酶反应分析257 10.10.2 多酶偶联反应分析258 10.10.3 酶标免疫分析259 10.11 用于疾病诊断和治疗的酶262 10.11.1 用于疾病诊断的酶262 10.11.2 用于疾病治疗的酶265 10.12 靶酶及酶标药物266 10.13 生物酶在食品工业中的应用267 10.13.1 酶在淀粉糖工业中的应用267 10.13.2 酶在乳品工业中的应用268 10.13.3 酶在果蔬加工业中的应用268 10.13.4 酶在酿酒工业中的应用268 10.13.5 酶在肉制品加工和鱼类食品加工中的应用269 10.13.6 酶在焙烤食品中的应用269 10.13.7 酶在调味品加工中的应用269 11 酶工程发展展望271 11.1 新酶的发现271 11.2 天然酶的改造272 11.3 仿生酶的研究273 11.4 酶分子的从头设计274 11.5 酶应用范围的扩大274 11.6 新应用领域中酶催化动力学的研究275 参考文献276