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第一篇 基础篇1

第一章 酶学与酶工程1

第一节 酶工程概述1

一、酶与酶工程研究的重要意义1

二、酶学研究简史2

三、酶工程简介4

第二节 酶的分类、组成、结构特点和作用机制7

一、酶的分类7

二、酶的组成和结构特点9

三、酶的作用机制10

第三节 酶作为催化剂的显著特点17

一、催化能力17

二、专一性18

三、调节性20

第四节 影响酶活力的因素22

一、酶的测定22

三、酶速度23

二、酶联测定法23

四、底物浓度24

五、酶浓度24

六、温度25

七、pH25

第五节 酶动力学和抑制作用26

一、米-曼氏模式26

二、Lineweaver-Burk作图27

三、酶的抑制作用27

第六节 蛋白质、酶和重组蛋白质的分离纯化30

一、蛋白质纯化的一般考虑31

二、蛋白质的粗分离34

三、蛋白质的大规模分离纯化42

参考文献52

思考题53

第一节 引言54

第二章 固定化酶与固定化细胞54

第二篇 化学酶工程篇54

第二节 酶的固定化55

一、固定化酶的定义56

二、固定化酶的制备原则57

三、酶的固定化方法57

四、固定化酶的性质67

五、影响固定化酶性能的因素69

第三节 辅酶的固定化76

一、辅酶的定义及分类76

二、辅酶的固定化方法77

三、辅酶的再生81

第四节 细胞的固定化82

一、固定化细胞分类、形态特征和生理状态83

二、固定化细胞的制备84

三、固定化细胞的性质85

一、评价固定化酶(细胞)的指标89

第五节 固定化酶和固定化细胞的表征89

四、总结与展望89

二、载体活化程度和固定化配基密度的测定91

三、亲和技术中固定化配基的容量和活性的测量97

第六节 固定化酶与固定化细胞的应用99

一、生物化学及分子生物学基础研究99

二、亲和分离系统107

三、药物控释载体109

四、生物传感器112

五、其他117

参考文献118

思考题119

第三章 酶蛋白的化学修饰121

第一节 化学修饰的原理121

一、影响酶蛋白功能基反应性的因素121

二、酶蛋白功能基的超反应性123

三、修饰剂反应性的决定因素124

一、修饰反应专一性的控制126

第二节 化学修饰的方法学126

二、修饰程度和修饰部位的测定129

三、化学修饰结果的解释131

第三节 酶蛋白侧链的修饰133

一、羧基的修饰133

二、氨基的修饰134

三、精氨酸胍基的修饰135

四、巯基的修饰136

五、组氨酸咪唑基的修饰137

六、色氨酸吲哚基的修饰138

七、酪氨酸残基和脂肪族羟基的修饰138

八、甲硫氨酸甲硫基的修饰139

第四节 酶的亲和修饰140

一、亲和标记140

二、外生亲和试剂与光亲和标记141

第五节 酶的化学交联142

第六节 酶化学修饰的应用144

一、化学修饰在酶的结构与功能研究中的应用145

二、化学修饰酶在医药和生物技术中的应用147

三、蛋白质化学修饰的局限性165

参考文献166

思考题167

第四章 蛋白质的稳定性和稳定化168

第一节 蛋白质的稳定性168

一、蛋白质稳定性的分子原因168

二、测定蛋白质稳定性的方法173

第二节 蛋白质不可逆失活的原因和机理176

一、蛋白水解酶和自溶作用177

二、聚合作用177

三、极端pH178

四、氧化作用178

五、表面活性剂和去污剂179

六、变性剂180

八、热181

七、重金属离子和巯基试剂181

九、机械力182

十、冷冻和脱水183

十一、辐射作用183

第三节 蛋白质的稳定化184

一、固定化185

二、非共价修饰188

三、化学修饰191

四、蛋白质工程196

五、酶的失活和再活化199

第四节 各种酶稳定化方法的比较200

参考文献201

思考题202

第五章 有机溶剂中的酶催化作用203

第一节 非水介质中酶学基础203

一、非水介质中酶的结构与性质204

二、水216

三、有机溶剂222

四、有机溶剂中酶催化活性和选择性的调控226

五、动力学239

第二节 酶在非水介质中的催化反应及应用252

一、酶催化反应的类型252

二、光学活性化合物的制备258

三、糖和类固醇的选择性酰化266

四、功能高分子的合成268

五、用于生产精细化工产品的酶(生物催化剂)287

六、组合生物催化293

参考文献299

思考题305

第六章 人工模拟酶306

第一节 模拟酶的理论基础和策略306

一、模拟酶的概念306

二、模拟酶的理论基础307

第二节 合成酶309

一、主-客体酶模型309

二、胶束模拟酶321

三、肽酶323

四、半合成酶324

第三节 印迹酶325

一、分子印迹技术概述325

二、分子印迹酶339

三、生物印迹酶347

第四节 模拟酶研究进展351

参考文献353

思考题354

第七章 核酸酶356

第三篇 生物酶工程篇356

第一节 天然核酶357

一、锤头型核酶357

二、发夹型核酶359

三、蛋白质-RNA复合酶360

四、组Ⅰ内含子和组Ⅱ内含子360

第二节 功能性核酶的体外选择361

一、技术和历史361

二、适体的选择364

三、核酶的体外选择366

第三节 脱氧核酶372

一、切割RNA的脱氧核酶374

二、切割DNA的脱氧核酶375

三、具有激酶活性的脱氧核酶376

四、连接酶功能的脱氧核酶376

五、催化卟啉环金属螯合反应376

第四节 核酶/脱氧核酶的催化潜能和进化策略376

一、引入其他的催化基团378

二、扩大筛选库的容量379

三、模拟自然进化的合理性设计379

第五节 核酶/脱氧核酶的应用380

一、基因治疗380

二、药用核酶的特点384

参考文献389

思考题390

二、基本原理391

一、理论来源391

第八章 进化酶391

第一节 酶分子定向进化简介391

三、定向进化的选择策略393

第二节 酶分子定向进化的历史395

一、萌芽阶段395

二、奠基阶段395

三、发展阶段396

第三节 定向进化的策略397

一、易错PCR技术为代表的无性进化397

二、DNA改组技术为代表的有性进化397

三、基因家族之间的同源重组399

四、外显子改组400

五、计算机辅助设计400

七、突变库的构建及应用401

第四节 定向进化的应用408

一、提高酶分子的催化活力408

二、提高酶分子稳定性410

三、提高酶分子对环境的适应能力412

四、提高酶分子的底物的专一性413

五、提高酶分子的对映体选择性414

六、变换催化反应专一性414

第五节 总结与展望415

参考文献417

思考题420

第九章 杂合酶422

第一节 杂合酶的构建策略423

一、点突变及二级结构互换425

二、功能域替换425

三、融合蛋白437

第二节 杂合酶的制备方法444

第三节 杂合酶的应用446

一、非催化特性的改变446

二、创造新催化活性酶447

三、用来产生双功能或多功能蛋白质449

四、确定蛋白质的结构与功能关系450

第四节 展望451

参考文献451

思考题454

第十章 抗体酶455

第一节 抗体酶概述455

第二节 抗体酶的制备方法457

一、稳定过渡态法457

二、抗体与半抗原互补法459

三、熵阱法460

四、多底物类似物法461

五、抗体结合部位修饰法462

六、蛋白质工程法464

七、抗体库法464

第三节 抗体酶活性部位修饰467

一、定点突变467

二、化学修饰法469

第四节 抗体酶的晶体结构470

第五节 抗体酶的应用前景472

一、抗体酶在有机合成中的应用473

二、阐明化学反应机制474

第六节 抗体酶研究进展478

一、半抗原设计478

二、抗体酶的化学筛选478

三、抗体酶催化的化学转化479

四、挑战与展望483

参考文献485

思考题489

第四篇 应用篇491

第十一章 酶制剂的应用491

第一节 概论491

一、工业用酶制剂的市场和发展历史492

二、工业酶制剂的来源及特点494

第二节 酶在食品加工方面的应用499

一、制糖工业500

二、啤酒发酵508

三、在蛋白制品加工方面的应用509

四、在水果、蔬菜加工方面的应用510

五、酶改善食品的品质、风味和颜色512

六、乳品工业513

七、肉类和鱼类加工514

八、蛋品加工515

九、面包烤焙与食品制造516

十、食品保藏517

十一、其他517

第三节 酶在轻工方面的应用518

一、原料处理518

二、轻工产品方面的应用523

三、加酶增加产品的使用效果529

第四节 酶在医学中的应用533

一、在疾病诊断方面的应用533

二、在疾病治疗方面的应用534

三、在药物生产方面的应用538

四、在分析检测方面的应用542

五、酶与生物医学工程545

第五节 酶在能源开发方面的应用549

一、乙醇生产549

二、氢气552

三、生物电池553

一、水净化554

第六节 酶在环境保护方面的应用554

二、石油和工业废油556

三、白色污染557

四、环境监测559

第七节 我国酶制剂应用方面的现状和存在的问题560

参考文献561

思考题561

附录 各种修饰试剂对蛋白质侧链基团的反应性563

主题词解释574