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绪论 1

0.1 酶工程研究内容 1

0.2 酶工程研究的历史与现状 1

目录 1

0.3 酶工程在现代生物技术领域中的地位 3

0.4 酶工程研究的技术方法 3

0.5 酶工程的发展趋势 4

思考题 5

第1章 酶学基础 6

1.1 酶的结构与性质 6

1.1.1 酶的命名与分类 6

1.1.2 酶的化学本质及其组成 9

1.1.3 酶的分子结构 12

1.1.4 酶催化作用的特点 15

1.1.5 酶的作用机制 22

1.2.2 底物浓度对酶反应的影响 27

1.2 酶反应动力学 27

1.2.1 酶催化反应速率 27

1.2.3 酶浓度对酶促反应的影响 34

1.2.4 温度对酶促反应的影响 34

1.2.5 pH对酶促反应的影响 35

1.2.6 抑制剂对酶促反应的影响 35

1.2.7 激活剂对酶促反应的影响 41

1.3 酶活力及其测定 42

1.3.1 酶活力 42

1.3.2 酶活力的测定 43

思考题 44

第2章 产酶微生物的分离和选育 45

2.1 产酶微生物 45

2.1.1 产酶微生物的种类 45

2.1.2 微生物酶的种类 47

2.1.3 产酶微生物的来源 54

2.1.4 产酶微生物的工业化要求及安全性 55

2.2 产酶微生物的分离和筛选 56

2.2.1 样品的采集 56

2.2.2 富集培养 56

2.2.3 分离 57

2.2.4 初筛 57

2.2.5 复筛 59

2.3 产酶微生物优良菌种的选育 59

2.3.1 优良菌种的诱变育种 59

2.3.2 突变株的分离与筛选 63

2.4 产酶微生物原生质体融合育种 70

2.4.1 原生质体融合程序 71

2.4.2 原生质体融合的亲本、培养基和遗传标记的选择 72

2.4.3 原生质体制备与再生 73

2.4.4 原生质体融合与融合体再生 78

2.4.5 融合体和重组体的检出 81

2.5 基因工程育种 84

2.5.1 基因工程在微生物育种中的意义 84

2.5.2 基因工程育种的基本原理 84

2.5.3 基因工程常用的载体系统 85

2.5.4 基因工程常用的酶 89

2.5.5 基因重组技术一般步骤 94

2.5.6 目的基因的表达 98

思考题 100

第3章 酶的生物合成与发酵生产 101

3.1 酶生物合成的调节 102

3.1.1 酶的生物合成 102

3.1.2 酶生物合成的调节 104

3.1.3 生物酶产量提高的策略 109

3.2 酶发酵动力学 112

3.2.1 细胞生长动力学 112

3.2.2 基质消耗动力学 113

3.2.3 产酶动力学 114

3.3 酶发酵生产的工艺控制 117

3.3.1 酶发酵生产的一般工艺 117

3.3.2 发酵罐 117

3.3.3 培养基及培养基灭菌 117

3.3.4 种子培养 120

3.3.5 发酵工艺条件控制 121

3.4 动、植物细胞发酵产酶 127

3.4.1 植物细胞发酵 127

3.4.2 动物细胞发酵 131

思考题 132

第4章 酶的分离与纯化 133

4.1 酶的分离 134

4.1.1 发酵液预处理 134

4.1.2 细胞破碎 137

4.1.3 酶的提取 142

4.1.4 离心分离 143

4.1.5 沉淀分离 147

4.1.6 萃取分离 153

4.2 酶的精制 158

4.2.1 膜分离 159

4.2.2 凝胶过滤法 170

4.2.3 离子交换层析 180

4.2.4 疏水层析 187

4.2.5 吸附层析 190

4.2.6 亲和层析 194

4.2.7 反相层析 199

4.3 电泳 202

4.3.1 电泳的基本理论 202

4.3.2 聚丙烯酰胺凝胶电泳 205

4.3.3 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳 209

4.3.4 等电聚焦 210

4.3.5 制备电泳（大柱电泳） 211

4.4 酶的浓缩 212

4.4.1 酶的浓缩 212

4.4.2 酶的干燥 213

4.5 酶结晶 214

4.5.1 概述 214

4.5.2 基本原理 214

4.5.3 结晶的条件 214

4.5.4 结晶方法 216

思考题 217

第5章 酶与细胞的固定化 219

5.1 酶与细胞的固定化 219

5.1.1 固定化酶和固定化细胞的定义 220

5.1.2 固定化酶和固定化细胞的制备原则 222

5.1.3 酶和细胞的固定化方法 222

5.2.1 固定化酶的性质 229

5.2 固定化酶和固定化细胞的性质与表征 229

5.2.2 固定化细胞的性质 232

5.2.3 固定化酶（细胞）的评价指标 232

5.3 固定化酶与固定化细胞的应用 234

5.3.1 固定化酶在基础理论研究中的作用 234

5.3.2 固定化酶在工农业生产上的应用 235

5.3.3 固定化酶在医药上的应用 236

5.3.4 固定化酶在分析检测中的应用 237

5.3.5 其他 239

思考题 239

第6章 酶反应器 240

6.1 酶反应器的类型与基本工程概念 240

6.1.1 酶反应器的类型 240

6.1.2 酶反应器的基本工程概念 244

6.2 均相酶反应器和固定化酶反应器 246

6.2.1 均相酶反应器 246

6.2.2 固定化酶反应器 248

6.3 酶反应器的选择和使用 253

6.3.1 酶反应器的选择 253

6.3.2 酶反应器的使用 254

思考题 255

第7章 酶传感器 257

7.1 概述 257

7.1.1 生物传感器的概念及分类 258

7.1.2 生物传感器的一般结构与工作原理 258

7.1.3 生物传感器的特点 259

7.1.4 生物传感器的发展 260

7.2 酶传感器的类型 260

7.2.1 电极传感器 260

7.2.2 离子敏场效应晶体管酶传感器 265

7.2.3 热敏电阻酶传感器 266

7.2.4 光纤酶传感器 267

7.2.5 有机相酶传感器 269

7.3 酶传感器的应用 273

7.3.1 在环境监测中的应用 273

7.3.2 在医疗方面的应用 274

7.3.3 在食品工业方面的应用 276

7.3.4 在其他方面的应用 277

思考题 278

第8章 酶分子的化学修饰 279

8.1 酶分子化学修饰的基本原理 279

8.1.1 稳定酶的天然构象与增强耐热性 280

8.1.2 保护酶活性部位与抗抑制剂 280

8.1.3 维持酶功能结构的完整性与抗蛋白水解酶 280

8.1.4 降低酶的抗原性及稳定酶的微环境 281

8.1.5 改变酶学性质 281

8.2 酶分子化学修饰的方法学 281

8.2.1 充分认识酶分子的特性 281

8.2.3 选择反应条件 282

8.2.2 选择酶分子修饰剂 282

8.2.5 修饰反应的一般程序 283

8.2.6 测定修饰程度和修饰部位 283

8.2.4 修饰反应要注意的其他问题 283

8.3 肽链有限水解修饰 285

8.4 酶分子侧链基团修饰 285

8.4.1 化学修饰剂 286

8.4.2 几种重要的修饰反应 287

8.4.3 特定氨基酸残基侧链基团的化学修饰 289

8.5 大分子结合修饰 295

8.5.1 右旋糖酐及右旋糖酐硫酸酯 295

8.5.2 糖肽 297

8.5.3 PEG 297

8.5.4 具有生物活性的大分子物质 299

8.6 亲和标记 300

8.6.1 亲和标记 300

8.7.1 化学修饰在酶的结构与功能研究中的应用 301

8.6.2 光化学标记 301

8.7 酶分子化学修饰的应用 301

8.7.2 化学修饰酶在医药领域中的应用 302

8.7.3 化学修饰方法的局限性 303

思考题 304

第9章 酶的蛋白质工程 305

9.1 概述 305

9.1.1 酶的蛋白质工程的目标 306

9.1.2 酶的蛋白质工程的流程 306

9.1.3 酶的蛋白质工程的前景 307

9.2 蛋白质结构分析与结构预测 308

9.2.1 蛋白质分子的结构 308

9.2.2 蛋白质结构测定 310

9.2.3 蛋白质结构预测 313

9.3 酶的蛋白质工程的主要手段 314

9.3.1 基因突变 315

9.3.2 基因剪接 318

9.3.3 重组蛋白质的表达 320

9.4 蛋白质工程改造的实际应用 320

9.4.1 枯草杆菌蛋白酶的蛋白质工程 321

9.4.2 木糖异构酶的改进 322

9.4.3 溶菌酶（Lysozyme）功能特性的改善 325

9.4.4 植酸酶热稳定性的提高 326

9.4.5 其他 326

思考题 327

第10章 非水介质中酶的催化作用 328

10.1 非水介质酶学基础 329

10.1.1 非水介质体系与非水相生物酶学的特点 329

10.1.2 非水介质中酶的结构与性质 332

10.1.3 水在酶催化反应中的作用 337

10.1.4 有机溶剂对酶催化反应的影响 341

10.1.5 有机溶剂酶促反应动力学 347

10.2 非水介质中酶催化反应与应用 349

10.2.1 非水相生物催化反应的酶 349

10.2.2 非水介质中生物催化反应 351

10.2.3 非水介质中酶促催化的应用 355

思考题 364

第11章 模拟酶 核酶 极端酶 365

11.1 模拟酶 365

11.1.1 模拟酶的概念 365

11.1.2 抗体酶 366

11.2 核酶 371

11.2.1 核酶的结构 372

11.2.2 核酶的作用机制及切割产物 372

11.2.3 影响核酶活性的因素 372

11.2.4 核酶的应用 373

11.3.2 极端酶的制备 376

11.3.1 极端微生物和极端酶 376

11.3 极端酶（extremozyme） 376

11.3.3 极端酶的应用 377

思考题 379

第12章 酶的抑制剂 380

12.1 酶抑制剂的类型 380

12.1.1 酶抑制剂两大类型 380

12.1.2 区别可逆抑制剂与不可逆抑制剂的实验设计与操作 382

12.2 不可逆的抑制剂 383

12.2.1 非专一性的不可逆剂 383

12.2.2 专一性不可逆抑制剂 385

12.3 可逆抑制剂作用的动力学 388

12.3.1 竞争性抑制作用的动力学 388

12.3.2 非竞争性抑制作用的动力学 391

12.3.3 反竞争性抑制作用的动力学 394

12.3.4 混合型抑制作用动力学 396

思考题 397

第13章 酶的稳定性 398

13.1 酶稳定的分子机制 398

13.1.1 酶分子折叠过程 399

13.1.2 酶分子折叠机制 400

13.1.3 酶稳定的分子原因 402

13.1.4 酶分子变性 404

13.2 影响酶稳定性的微环境因素 405

13.2.1 物理因素 406

13.2.2 化学因素 408

13.2.3 生物因素 410

13.3 改善和稳定酶的方法 410

13.3.1 改造酶分子 411

13.3.2 优化微环境 417

思考题 421

参考文献 422

英文专业名词索引 431