生物催化：基础与应用PDF电子书下载

1　生物催化绪论 1

1.1　21世纪初的生物催化概况 2

1.1.1　生物催化的接受程度 2

1.1.2　生物催化的优缺点 3

1.1.2.1　生物催化剂的优点 3

1.1.2.2　生物催化剂的缺点 4

1.2　生物催化技术的特点 5

1.2.1　相关学科和应用领域 5

1.2.2　生物催化转化的特点 5

1.2.2.1 生物催化与其他催化的比较 6

1.2.3　生物催化的工业应用 7

1.2.3.1 未来的化学工业：环境友好、绿色化学、可持续发展 7

1.2.3.2 对映体纯药物或药物中间体（APIs） 8

1.3　生物催化的发展由来 8

1.3.1　酶催化的历史 8

1.3.2　生物催化技术的现状 9

1.4　生物催化的学科范畴 10

1.4.1 酶的命名 10

1.4.2　生物催化与有机化学 11

2　生物催化剂的特点 15

2.1　酶催化的特点 16

2.1.1 酶基本知识：什么是酶催化？ 16

2.1.1.1 酶反应的反应坐标图 16

2.1.2　酶结合和催化动力学的发展 17

2.2 酶作为催化剂活性的起源及理由 18

2.2.1　关于酶活性最重要理论的年表 18

2.2.2 酶活的由来：Kurz方程的推导 19

2.2.3　Kurz方程的推论 20

2.2.4 酶催化的有效性：超出Pauling假设的部分 22

2.3　催化剂、工艺和工艺路线的性能指标 23

2.3.1 催化剂的性能指标：活性、选择性和稳定性 23

2.3.1.1 活性 24

2.3.1.2　选择性 24

2.3.1.3　稳定性 25

2.3.2　工艺性能指标 25

2.3.2.1 产品收率 26

2.3.2.2　生物催化剂生产率 26

2.3.2.3　生物催化剂的稳定性 27

2.3.2.4　反应器的生产能力 27

2.3.3　酶反应参数之间的关系 28

2.3.3.1　速率加快程度 28

2.3.3.2　催化速率常数kcat和失活速率常数kd的比值 29

2.3.3.3 失活速率常数kd和总转换数TTN之间的关系 29

2.3.4 工艺、原子经济和环境熵的性能评价标准 30

3　微生物的分离与制备 35

3.1 引言 35

3.2　新酶的筛选 37

3.2.1 自然生长速度 37

3.2.2　微生物生态学的方法 38

3.3　菌种开发 38

3.3.1 微生物生产的工业产品 39

3.3.2 菌种改良 40

3.4　极端微生物 41

3.4.1　工业用极端微生物 42

3.5　生物催化剂的快速筛选 43

4　生物催化中的分子生物学工具 48

4.1 分子生物学基础：蛋白质水平与DNA水平 49

4.2 DNA的分离和纯化 51

4.2.1 DNA/RNA的定量 52

4.3　基因的分离、检测和确认 52

4.3.1 聚合酶链反应（PCR） 53

4.3.2 PCR反应的优化 53

4.3.3　特殊PCR技术 55

4.3.3.1　嵌套PCR技术 55

4.3.3.2 反向PCR技术 56

4.3.3.3 RACE:cDNA末端的快速扩增 56

4.3.4　Southern杂交 57

4.3.4.1　探针的设计和标记 58

4.3.4.2 杂交 59

4.3.4.3　检测 60

4.3.5 DNA测序 60

4.4 克隆技术 60

4.4.1　限制性酶切图谱 61

4.4.2 载体 61

4.4.3　连接 63

4.5 宿主菌中酶的过量表达 64

4.5.1　表达系统的选择 64

4.5.2 大肠杆菌中基因的翻译和密码子偏好 64

4.5.3　载体的选择 65

4.5.3.1　包涵体的形成 66

4.5.3.2　融合蛋白的表达 67

4.5.3.3　表面表达 67

4.5.4　真核基因在酵母中的表达 68

5　酶反应工程 71

5.1 动力学模型：基本原理和目标 71

5.2　理想状态：理想动力学和理想反应器 73

5.2.1　经典案例：米氏方程 73

5.2.2　理想反应器的设计 74

5.2.3　理想反应器中的积分式米氏方程 75

5.2.3.1　案例1：无抑制 75

5.3　存在不利性结合的酶：抑制作用 76

5.3.1　抑制剂的种类 76

5.3.2　底物和产物抑制的积分式米氏方程 76

5.3.2.1 案例2：存在底物抑制剂的积分式米氏方程 77

5.3.2.2　案例3：存在抑制剂的积分式米氏方程 77

5.3.3 KI—[I]50的关系：机理性理解的另一个应用 80

5.4　反应器工程 81

5.4.1　酶反应器的构型 81

5.4.1.1 反应器设计的无因次特征参数 83

5.4.2 固定化酶反应器（活塞流固定床反应器） 84

5.4.2.1　反应器设计方程 84

5.4.2.2 固定化 84

5.4.2.3 固定化反应器的最优条件 85

5.4.3　膜式酶反应器（连续搅拌罐反应器，CSTR） 85

5.4.3.1 设计方程式：反应器方程与停留时间 85

5.4.3.2　膜式酶反应器的分类 86

5.4.4 反应参数和反应器的选择原则 87

5.5　不完全质量传递的酶反应：固定化的影响 88

5.5.1　外部扩散（膜扩散） 88

5.5.2 内部扩散（孔扩散） 88

5.5.3　测定质量传递限制的方法 90

5.5.4　质量传递对反应参数的影响 91

5.6　不完全稳定的酶：失活动力学 92

5.6.1　静态稳定性 92

5.6.2　操作稳定性 93

5.6.3　静态稳定性与操作稳定性的比较 94

5.6.4　针对连续反应器中酶失活而添加新鲜酶的策略 95

5.7　具有不完全选择性的酶：E值及其优化 97

5.7.1　E值的推导 97

5.7.2　通过转化率选择来优化消旋体拆分 98

5.7.2.1 不可逆反应的优化 98

5.7.2.2　平衡反应的对映选择性 99

5.7.2.3　从转化-时间图确定对映体纯度 100

5.7.3　通过温度选择优化对映体选择率E 100

5.7.3.1　等转化温度的推导 100

5.7.3.2　通过温度选择优化对映选择性的例子 100

6　酶作为大宗活性物质的应用 104

6.1 酶在衣用洗涤剂中的应用 104

6.1.1 概述 104

6.1.2　去除血渍和蛋渍的蛋白酶 106

6.1.3　去除油渍的脂肪酶 107

6.1.4　去除草渍和淀粉渍的淀粉酶 107

6.1.5　纤维素酶 107

6.1.6　漂白酶 107

6.2　酶在纺织工业中的应用：石洗粗斜纹棉布和抛光棉布表面 108

6.2.1　纺织工业用酶制剂及其作用方式 108

6.2.2　纤维素酶：使表观更光洁 109

6.2.3　石洗：牛仔布的生物石洗——返旧外表 110

6.2.4　过氧化物酶 110

6.3　酶在纸浆和造纸工业中的应用：用木聚糖酶或漆酶漂白纸浆 111

6.3.1 概述 111

6.3.2 木材 112

6.3.2.1 纤维素 112

6.3.2.2　半纤维素 113

6.3.2.3 木质素 113

6.3.3　造纸：硫酸盐制浆 114

6.3.4　纸浆和造纸工业中酶的研究 115

6.3.4.1 漆酶 115

6.3.4.2　木聚糖酶 116

6.3.4.3　造纸过程中的纤维素酶 116

6.4　用于动物饲料的植酸酶：磷的利用 116

6.4.1　畜牧业和环境 116

6.4.2　植酸酶 117

6.4.3　植酸酶的作用：磷的减少 118

6.4.4　植酸酶的作用：对其他营养物的作用 119

7　酶作为催化剂的应用 122

7.1 酶作为基础化学品工业催化剂 123

7.1.1 腈水合酶 123

7.1.1.1 由丙烯腈制备丙烯酰胺 123

7.1.1.2 由3-氰基吡啶制备烟酰胺 124

7.1.1.3 由己二腈制备5氰基戊酰胺 124

7.1.2　腈水解酶：由2-甲基戊二腈制备1,5-二甲基-2-哌啶酮 125

7.1.3 甲苯双加氧酶：由顺式二氢二醇制备靛蓝或前列腺素 125

7.1.4 醇腈酶（羟腈裂解酶，HNL）：由醛制备氰醇 128

7.2　酶作为精细化学品工业催化剂 129

7.2.1 手性、Cahn-Ingold-Prelog与Pfeiffer规则 130

7.2.2　对映异构纯氨基酸 131

7.2.2.1　氨基酸酰化酶 131

7.2.2.2　酰胺酶 133

7.2.2.3　海因酶／氨甲酰酶 134

7.2.2.4　酮酸的还原性胺化（以L-叔亮氨酸为例） 135

7.2.2.5　天门冬氨酸酶 137

7.2.2.6　L-天门冬氨酸-β-脱羧酶 138

7.2.2.7　L-2-氨基丁酸 138

7.2.3　对映异构纯的羟基酸、醇和胺类 139

7.2.3.1 富马酸酶 139

7.2.3.2　用脂肪酶合成对映异构纯胺 139

7.2.3.3　通过转氨作用合成对映异构纯胺 139

7.2.3.4　用羰基还原酶制备羟基酯 140

7.2.3.5 醇类和醇脱氢酶（ADH） 141

7.3　酶作为食品工业催化剂 142

7.3.1 高果糖浆（HFCS）和葡萄糖异构酶（GI） 142

7.3.2　阿斯巴甜：通过酶法合成的非天然肽类甜味剂 143

7.3.3　乳糖水解 146

7.3.4　“营养素”：L-肉碱作为运动员营养和精力恢复剂 146

7.3.5　脱羧酶改善啤酒风味 148

7.4 酶作为催化剂用于农作物保护化学品的合成 148

7.4.1 除草剂中间体：（R）-2-（4-羟基苯氧基）丙酸（HPOPS） 148

7.4.2　转氨酶在生产农作物保护剂中的应用 149

7.5 酶在大规模生产医药中间体中的应用 150

7.5.1 青霉素G（或V）酰胺酶（PGA,PVA）：β-内酰胺前体，半合成的β-内酰胺 150

7.5.2　麻黄素 152

8　酶制造的生物技术加工步骤 162

8.1 蛋白质的分离和纯化简介 162

8.2　发酵基础 164

8.2.1　培养基 164

8.2.2 灭菌 165

8.2.3　发酵周期 165

8.2.4　发酵模型 166

8.2.5　生长模型 166

8.2.6　补料分批培养 167

8.3　发酵及其主要难题：氧的传递 168

8.3.1　细胞需氧量的确定 168

8.3.2　发酵液中氧传递的计算 169

8.3.3 kL,a和kLa的确定 170

8.3.3.1　体积传氧系数kLa的测定方法 170

8.4 下游加工：蛋白质的粗纯化 171

8.4.1 分离（离心） 171

8.4.2 匀浆破壁 173

8.4.3 沉淀 173

8.4.3.1 用水溶性有机溶剂进行沉淀 175

8.4.3.2 为Hofmeister系列与Cohn-Edsall和Setschenow方程建立定量模型 175

8.4.4 两水相萃取 176

8.5 下游加工：蛋白质的浓缩和纯化 177

8.5.1 透析（超滤） 177

8.5.2 色谱 178

8.5.2.1 色谱理论 179

8.5.2.2 色谱类型 180

8.5.3 干燥：喷雾干燥、冷冻干燥、储存稳定性 181

8.6 生物催化剂纯化的例子 181

8.6.1 例1：醇脱氢酶［来自L.brevis的（R）-ADH（Riebel,1997）］ 181

8.6.2 例2：来自Rhodococcus opacus的L-氨基酸氧化酶（Geueke 2002a.b） 182

8.6.3 例3：来自耐热厌氧菌JW/SL-YS489的木糖异构酶 183

9 蛋白质研究方法 187

9.1　酶机制的相关性 188

9.2　研究酶机制的实验方法 188

9.2.1 产物的分布（Curtin-Hammett法则） 188

9.2.2　酶动力学的稳态方法 189

9.2.3 线性自由焓关系（LFERs）：Br？nsted和Hammett效应 190

9.2.4　动力学同位素效应 191

9.2.5　酶动力学的非稳态方法：活性部位滴定 192

9.2.5.1　确定活性部位浓度 192

9.2.6　酶反应机制的应用：过渡态类似物抑制剂 192

9.3　酶测定方法 194

9.3.1　蛋白质定量 194

9.3.2　等电点的测定 195

9.3.3 蛋白质单体分子质量的测定：SDS-PAGE 195

9.3.4　寡聚体蛋白质的质量：排阻凝胶色谱（SEC） 196

9.3.5　分子量的测定：质谱法（MS） 197

9.3.6　氨基酸序列测定：胰蛋白酶降解法或酸、化学、酶消化法 198

9.4　酶学机制：广义的酸-碱催化 198

9.4.1　碳酸酐酶Ⅱ 198

9.4.2　含钒卤过氧化物酶 200

9.5 亲核催化 201

9.5.1　丝氨酸蛋白酶 201

9.5.2　半胱氨酸的亲核进攻 204

9.5.3　脂肪酶，另一催化三元体机制 204

9.5.4　金属蛋白酶 206

9.6 亲电催化 207

9.6.1 金属离子的利用：ADH，一种不同的催化三元体 207

9.6.1.1 一种中长链醇脱氢酶（马肝醇脱氢酶）的催化机制 207

9.6.1.2 一种短链脱氢酶，果蝇ADH的催化反应机制 208

9.6.2　席夫碱的生成，第一部分：乙酰乙酸脱羧酶，醛缩酶 211

9.6.3 带有磷酸吡哆醛（PLP）席夫碱的生成：丙氨酸消旋酶、氨基转移酶 211

9.6.4 焦磷酸硫胺素（TPP）的利用：转酮酶 212

10　蛋白质工程 218

10.1 简介：蛋白质工程的要素 218

10.2　蛋白质工程的方法 219

10.2.1 融合PCR 220

10.2.2　Kunkel方法 221

10.2.3　用Stratagene的QuikChange试剂盒进行位点特异性突变 222

10.2.4　组合链式反应（CCR） 223

10.3 葡萄糖（木糖）异构酶（GI）与葡萄糖淀粉酶：耐热稳定性的提高 224

10.3.1 葡萄糖异构酶（GI）热稳定性的提高 224

10.3.2 葡萄糖异构酶（GI）的反应机理：扩散限制性葡萄糖异构酶？ 227

10.4　提高蛋白酶的抗氧化和抗热失活稳定性 228

10.4.1 枯草杆菌蛋白酶氧化稳定性的提高 228

10.4.2　枯草杆菌蛋白酶的热稳定性 230

10.5　用蛋白质工程创造新酶 230

10.5.1　乳酸脱氢酶的重新设计 230

10.5.2　过氧化酶的人工合成 231

10.6　改变脱氢酶的辅因子专一性 232

10.7　氧化酶 234

10.8　用定点突变改变对映异构选择性 235

10.9　不同蛋白质工程技术的结合 236

10.9.1 化学修饰突变体、化学修饰与蛋白质工程的结合 236

10.9.2　用蛋白质工程与定向进化扩大底物专一性 237

11 重组DNA技术的应用：定向进化 242

11.1 蛋白质进化的背景 243

11.1.1 定向进化的目的 243

11.1.2　进化和可能性 244

11.1.3　进化：保持基本的结构成分 245

11.2　定向进化的步骤：产生多样性和检验目标物 246

11.2.1 DNA文库中产生多样性 247

11.2.2 阳性目的物检出：筛选与选择 249

11.3　定向进化实验操作指南 249

11.3.1 产生多样性：诱变方法 249

11.3.2　产生多样性：重组方法 250

11.3.2.1 DNA改组（DNA Shuffling） 250

11.3.2.2　交错延伸过程（StEP） 250

11.3.2.3 瞬时模板随机嵌合技术（RACHITT） 251

11.3.3 目的物的检出：筛选方法 252

11.3.4 目的物的检出：选择过程 253

11.3.5　定向进化的其他技术 253

11.4 定向进化应用的成功例子 254

11.4.1 易错PCR的应用：在DMF中枯草杆菌蛋白酶的活性 254

11.4.2　DNA改组的应用：对硝基苄酯酶基因重组 254

11.4.3　热稳定性的提高：对硝基苄酯酶 256

11.4.4　选择代替筛选：单体分支酸变位酶的创建 256

11.4.5　对映体选择性的提高：铜绿假单胞菌脂肪酶 256

11.4.6　对映体选择性的反转：乙内酰脲酶 257

11.4.7 酶活性位点的重新设计：KDPG醛缩酶 258

11.5　定向进化技术的比较 258

11.5.1 易错PCR和DNA改组的比较：提高对抗生素的抗性 258

11.5.2　蛋白质工程与定向进化的比较：转氨酶 259

11.5.2.1　转氨酶的定向进化 259

11.5.3　途径的定向进化：类胡萝卜素 260

12　非传统介质中的生物催化 266

12.1　有机溶剂中的酶 266

12.2　有机介质中生物催化的优点 267

12.2.1 优点1：增强反应物的溶解度 267

12.2.2　优点2：在有机介质中改变反应平衡 268

12.2.3　优点3：易于分离 268

12.2.4　优点4：在有机溶剂中可增强酶的稳定性 269

12.2.5　优点5：在有机溶剂中可改变酶的选择性 269

12.3　酶在有机溶剂中的功能 269

12.3.1　酶、反应和溶剂的范围 269

12.3.2　水对有机相酶反应的重要性 270

12.3.2.1 水分子在酶表面和有机相主体间的交换 270

12.3.2.2 水活度 271

12.3.3　有机溶剂中酶的物理有机化学 271

12.3.3.1　活性位点和机制 271

12.3.3.2　有机溶剂中酶分子的柔性 272

12.3.3.3　过渡态和结合位点的极性与疏水性 272

12.3.4　溶剂参数与酶性能的关系 273

12.3.4.1　通过疏水性进行的调控：lgP的概念 273

12.3.4.2　溶剂极性和疏水性与对映选择性的关系 274

12.4　有机溶剂中酶的优化处理 275

12.4.1 有机溶剂中酶的记忆 275

12.4.2　有机溶剂中的酶活比水相低 276

12.4.3　提高酶在有机溶剂中的选择性 277

12.5　生物催化转化的新反应介质 277

12.5.1 底物作溶剂（纯底物）：腈水合酶催化丙烯腈合成丙烯酰胺 277

12.5.2　超临界溶剂 278

12.5.3　离子液体 279

12.5.4　乳状液：生产磷脂酰甘油（PG） 279

12.5.5　微乳液 280

12.5.6　液晶 280

12.5.7　冰水混合物 281

12.5.8　高密度共熔悬浮液 283

12.5.9　高密度盐悬浮液 284

12.5.10　固体对固体的合成反应 284

12.6　将溶剂作为反应优化的参数（“介质工程”） 286

12.6.1 底物专一性随反应介质改变而变化：丝氨酸蛋白酶的专一性 286

12.6.2 区域选择性因有机溶剂介质的改变而变化 287

12.6.3　通过溶剂控制硝苯地平的对映体选择性 288

13　生物催化在制药中的应用 294

13.1　抵抗疾病的酶抑制剂 295

13.1.1 概述 295

13.1.2　药用活性化合物的开发步骤 296

13.1.3　新药注册过程 297

13.1.4　手性与非手性药物 298

13.2　酶作用与疾病生物学 299

13.2.1　β-内酰胺抗生素 299

13.2.2　胆固醇生物合成的抑制作用 301

13.2.3　肺气肿、关节炎：人白细胞弹性蛋白酶（HLE） 303

13.2.4　艾滋病：逆转录酶与HIV蛋白酶抑制剂 306

13.3　生物催化在制药中的应用 309

13.3.1　抗感染药 310

13.3.2　抗胆固醇药物 310

13.3.3　抗艾滋病药物 312

13.3.3.1 阿巴卡韦（Abacavir）中间体 312

13.3.3.2　罗布卡韦（Lobucavir）中间体 312

13.3.3.3　顺式氨基茚满醇：茚地那韦（Indinavir,Crixivan？）的合成砌块 313

13.3.4　高血压治疗药 314

13.3.4.1　生物转化生产Omapatrilat 314

13.3.4.2　脂肪酶反应生产心血管药物中间体 315

13.4　特异性生物催化反应在制药中的应用 317

13.4.1　用整细胞催化酮基化合物的还原 317

13.4.1.1　曲美孕酮（Trimegestone） 317

13.4.1.2　碳酸酐酶抑制剂L-685393前体的还原 319

13.4.1.3 Montelukast 319

13.4.1.4　LY300164 320

13.4.2　青霉素酰化酶在制药中的应用 320

13.4.2.1　Loracarbef？ 320

13.4.2.2　Xemilofibran 321

13.4.3　脂肪酶与酯酶在制药中的应用 322

13.4.3.1 LTD4拮抗剂MK-0571 322

13.4.3.2 四氢利泼斯汀（Tetrahydrolipstatin） 322

14　生物信息学 327

14.1　起点：从功能到序列 327

14.1.1 传统途径：从功能到序列 327

14.1.2　新途径：从序列到功能 328

14.2 生物信息学：生物信息学是什么，为什么现在需要它？（NCBI网页） 329

14.2.1　什么是生物信息学？ 329

14.2.2　为什么需要生物信息学？ 329

14.2.3　为什么现在需要生物信息学？ 329

14.3　生物信息学工具：数据库、比对（alignment）、结构图谱 331

14.3.1　可用数据库 331

14.3.2 蛋白质结构数据库（PDB） 331

14.3.3　Protein Explorer（蛋白质开发者软件） 332

14.3.4　ExPASy服务器：Roche应用科学生化途径 332

14.3.5　GenBank 332

14.3.6　SwissPort 333

14.3.7　有关酶的信息：以脱氢酶为例 333

14.3.7.1 序列信息 333

14.3.7.2　结构信息 334

14.4　应用生物信息学工具（举例） 335

14.4.1　BLAST 335

14.4.2 利用ClustalW比对蛋白质序列 337

14.4.3　任务：全基因组分析 337

14.4.4　系统发育树 339

14.5　生物信息学用于酶的结构信息 340

14.6　结论与展望 341

15　生物催化系统生物学 343

15.1 系统生物学简介 343

15.1.1　系统方法与简化法 343

15.1.2　基因组的完成：人、蚯蚓及其他 344

15.2　基因组学、蛋白质组学和其他组学 345

15.2.1 基因组学 345

15.2.2　蛋白质组学 345

15.3　系统生物学的技术方法 347

15.3.1 二维凝胶电泳（2D PAGE） 347

15.3.1.1 用色谱或毛细管电泳进行分离 348

15.3.1.2　用化学标签法分离 349

15.3.2　质谱 349

15.3.2.1 MALDI-TOF-MS（基质辅助激光解吸／离子化-飞行时间-质谱） 352

15.3.2.2　ESI-三倍四极管质谱 352

15.3.2.3　用离子阱分析器的ESI-MS 353

15.3.3　DNA微阵列 353

15.3.4　蛋白质微阵列 353

15.3.5　生物催化中基因组学和蛋白质组学的应用 355

15.3.5.1　乳酸菌和蛋白质组学 355

15.4　代谢工程 355

15.4.1　代谢工程的概念 356

15.4.2　代谢工程实例 357

16　生物催化功能的进化 362

16.1　引言 363

16.2 寻找蛋白质相关性的特征 365

16.2.1　蛋白质相关性的分类：-log家族 365

16.2.2　蛋白质家族的分类 366

16.2.3　不同机制的支配论 368

16.3 自然界新功能的进化 368

16.3.1 双功能蛋白质 370

16.3.1.1　兼职蛋白质 370

16.3.1.2　催化混杂性（catalytic promiscuity） 371

16.3.2 基因复制 371

16.3.3 水平基因转移（HGT） 372

16.3.4　环状排列 374

16.4　α／β-桶形蛋白质作为研究蛋白质进化的模型 374

16.4.1 为什么要研究α／β-桶形蛋白质？ 374

16.4.2　基因复制的例子：扁桃酸和α酮基己二酸途径 377

16.4.2.1　功能的描述 378

16.4.3　芳香环生物合成途径中功能的交换：Trp和His途径 379

17　蛋白质的稳定性 385

17.1　概述：蛋白质折叠、一级衰变、阿伦尼乌斯定律 386

17.1.1 蛋白质折叠问题 386

17.1.2　蛋白质为什么会折叠？ 386

17.2　二态模型：蛋白质的热力学稳定性（伸展） 387

17.2.1 蛋白质的伸展和失活 387

17.2.2 蛋白质的热力学 388

17.3　三态模型：Lumry-Eyring方程 389

17.3.1　酶的失活 389

17.3.2　经典失活模型 390

17.4 四态模型：蛋白质的聚合 392

17.4.1　折叠、失活和聚合 392

17.4.2　折叠和包涵体形成之间的竞争模型 393

17.4.2.1 案例1：体外——不考虑蛋白质合成 393

17.4.2.2 案例2：体内——考虑蛋白质合成 394

17.5 蛋白质不稳定的原因：△G<0,γ（t），A 395

17.5.1　热失活 396

17.5.2　搅拌影响下的失活 397

17.5.3　气泡影响下的失活 398

17.5.4　水／有机相界面影响下的失活 398

17.5.5　盐和溶剂影响下的失活 398

17.6　蛋白质折叠的生物技术相关内容：包涵体 399

17.7　小结：蛋白质的稳定化 399

18　人工酶 403

18.1 催化抗体 404

18.1.1 催化抗体的原理：化学与免疫学的结合 404

18.1.2　检测反应选择性、半抗原、机制和稳定性 404

18.1.2.1　抗体催化反应的机制 406

18.1.2.2　带电过渡态的稳定化 407

18.1.2.3　抗体作为熵阱的效应 407

18.1.3　抗体催化的反应范围 408

18.1.3.1 与酶相比最快的抗体催化反应 408

18.1.3.2　抗体催化的、而没有相应的酶能催化的反应 408

18.1.3.3 稠环反应的例子：Claisen重排 409

18.1.3.4 具有双重活性的抗体催化剂 409

18.1.3.5　抗体催化反应的放大 410

18.1.3.6　催化抗体的前景 410

18.2　其他的类蛋白质催化剂：核酶和模拟酶 410

18.2.1 核酶：RNA世界早于蛋白质世界吗？ 410

18.2.2　类蛋白质模拟酶 411

18.3　新型酶活性的设计：酶模型（合成酶） 412

18.3.1 概述 412

18.3.2　基于结合步骤的酶模型：Diels-Alder反应 412

18.3.3　具有结合与催化作用的酶模型 414

18.4　非均相／固定化手性化学催化剂 414

18.4.1　不同方法概述 414

18.4.2　聚氨基酸的固定化作为手性聚合物催化剂 415

18.4.3　在树脂或其他不溶性载体上的固定化 415

18.4.4　带有树枝状载体（Dendrimer）的非均相化 416

18.4.5　膜反应器中的非均相手性化学催化剂的截留 417

18.4.6　通过相变回收有机金属催化剂：液-液萃取 419

18.5　含酶的有机金属催化剂 419

19　生物催化过程设计 425

19.1 酶过程设计：高果糖浆（HFCS） 426

19.1.1 用葡萄糖异构酶（GI）从葡萄糖生产HFCS：具体工艺 426

19.1.2　葡萄糖异构酶（GI）酶动力学的数学模型 426

19.1.3 固定床反应器中GI反应模型的评价 428

19.1.4 固定床酶反应器的生产率 430

19.2　酶膜反应器中精细化学品或药物中间体的制造 432

19.2.1 概述 432

19.2.2　膜反应器工艺参数的确定 432

19.2.2.1　案例1：通过膜渗漏而没有失活 433

19.2.2.2　案例2：酶的穿膜渗漏和失活并存 434

19.2.2.3　酶膜反应器（EMRs）的设计准则 434

19.2.3　膜反应器的大规模应用 435

19.2.3.1 用于输液和作为新药结构单元的对映纯L-氨基酸 435

19.2.3.2　水-有机两相膜反应器 435

19.2.3.3　用酶膜反应器的其他工艺 436

19.3　对映纯疏水醇的生产：不同工艺路线和反应器装置比较 437

19.3.1 离体酶法 438

19.3.2 整细胞法 440

19.3.3　有机金属催化剂法 442

19.3.4 不同催化还原反应策略的比较 444

20　新工艺中生物催化剂与化学催化剂的比较 450

20.1 （生物）催化工艺的评判标准 451

20.1.1　讨论：Jacobsen的五项标准 451

20.1.2　对Jabosen五项标准的评价 452

20.2　生物催化新工艺与化学催化剂相比较所处的地位 454

20.2.1 未来工艺过程的条件与框架 454

20.2.2　布洛芬（止痛药） 456

20.2.3　靛蓝（蓝色染料） 457

20.2.4　薄荷醇（薄荷油香料） 458

20.2.4.1　通过形成非对映异构体盐进行拆分 459

20.2.4.2 使用Rh-BINAP的均相催化 460

20.2.4.3　脂肪酶催化拆分外消旋薄荷醇酯 460

20.2.5　抗坏血酸（维生素C） 462

20.2.5.1 传统的Reichstein-Grüssner合成法 462

20.2.5.2　两步法发酵一步化学法合成维生素C 463

20.2.5.3　一步发酵一步化学法合成维生素C 463

20.3 由代谢工程而来的途径工程 464

20.3.1　基础化学品的途径工程：1,3-丙二醇 464

20.3.2 医药中间体的途径工程：顺式氨基茚满醇 466

索引 471