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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、pH 25

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pH 178

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