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1 绪论 1

1.1　酶与生命 1

目录 1

1.2　酶工程 5

2　酶工程基础 7

2.1　酶的分类和命名 7

2.1.1 国际系统分类法 7

2.1.2 国际系统命名法 14

2.1.3　习惯名或常用名 14

2.2　酶的化学本质、来源和生产 14

2.2.1　酶的组成和化学本质 14

2.2.3　酶的结构 15

2.2.2　辅助因子和辅酶 15

2.2.4　酶的活性中心 16

2.2.5　单体酶、寡聚酶、多酶复合体和多酶融合体 17

2.2.6　酶的来源和生产 21

2.3　酶催化原理 31

2.3.1　酶催化反应的特点 31

2.3.2　酶催化作用的机制 35

2.4　酶催化反应动力学 42

2.4.1　简单酶催化反应动力学 43

2.4.2　多底物酶催化反应动力学 51

2.4.3　酶催化反应的抑制动力学 54

3.1.1 固定化酶的定义 66

3.1　酶的固定化 66

3　酶的固定化和固定化酶反应动力学 66

3.1.2　固定化酶的制备方法 67

3.2　辅酶的固定化 75

3.2.1　辅基的固定化 75

3.2.2　辅酶的固定化 76

3.2.3　辅酶的再生 77

3.3　固定化酶催化反应动力学 78

3.3.1 固定化对酶活性及酶反应系统的影响 78

3.3.2　固定化酶反应动力学 81

4.1 酶反应器 92

4.1.1　搅拌罐式反应器 92

4　酶反应器的设计和放大 92

4.1.2　填充床式反应器 93

4.1.3　流化床反应器 94

4.1.4　鼓泡式反应器 94

4.1.5　膜反应器 94

4.1.6　喷射式反应器 95

4.2　酶反应器的选择 95

4.2.1 根据酶的应用形式选择反应器 96

4.2.2　根据酶反应动力学性质选择反应器 96

4.2.3　根据底物酶反应动力学性质选择反应器 97

4.3　酶反应器的设计 97

4.4　酶反应器的放大 100

4.4.1　经验放大法 100

4.4.2　其它放大 101

4.5　酶反应器的操作 103

5　酶的分子修饰和改造 106

5.1　酶的化学修饰 106

5.1.1　酶的化学修饰的基本原理 106

5.1.2　酶的化学修饰方法学 107

5.2　酶蛋白分子侧链的修饰 108

5.2.1　羧基的化学修饰 108

5.2.2　氨基的化学修饰 109

5.2.3　胍基的化学修饰 110

5.2.4　巯基的化学修饰 110

5.2.6　色氨酸吲哚基的修饰 112

5.2.5　组氨酸咪唑基的修饰 112

5.2.7 酪氨酸残基和脂肪族羟基的修饰 113

5.2.8　甲硫氨酸甲硫基的修饰 113

5.3　酶的表面化学修饰 114

5.3.1　有机大分子对酶的化学修饰 114

5.3.2　小分子物质对酶的化学修饰 121

5.3.3　修饰剂对酶修饰的影响 122

5.4　酶蛋白分子的亲和修饰 123

5.4.1　亲和标记 123

5.4.2　外生亲和试剂与光亲和标记 124

5.5　酶的化学交联 125

5.6　修饰酶的性质及特点 126

5.7.1　酶分子定向进化的基本原理 130

5.7　酶的生物法改造 130

5.7.2　酶分子定向进化的基本策略 131

5.7.3　酶分子定向进化的应用和展望 133

6　核酶与脱氧核酶 134

6.1　核酶的催化类型 135

6.1.1　Ⅰ型内含子的自我剪接 135

6.1.2　异体催化剪切型 136

6.1.3 自体催化剪切型 137

6.2　天然核酶 137

6.2.1　锤头形核酶 137

6.2.2　发夹形核酶 138

6.2.3　蛋白质-RNA复合酶 139

6.2.4　组Ⅰ内含子和组Ⅱ内含子 140

6.3　脱氧核酶 141

6.3.1　10-23脱氧核酶 141

6.3.2　8-17脱氧核酶 141

6.3.3　手枪形脱氧核酶 142

6.3.4　“二分”型结构脱氧核酶 142

6.3.5　环状结构脱氧核酶 142

6.4　核酶或脱氧核酶的应用 143

7　抗体酶 145

7.1　抗体的结构 145

7.2　抗体酶的设计 146

7.2.1 以过渡态类似物免疫为基础的抗体酶设计 146

7.2.2　工程抗体催化 147

7.3　抗体酶的筛选和选择 147

7.4.1　拷贝法 149

7.4　抗体酶的制备方法 149

7.4.2　引入法 150

7.4.3　诱导法 150

7.4.4　抗体与半抗原互补法 151

7.4.5　熵阱法 151

7.4.6　多底物类似物法 152

7.4.7　抗体库法 152

7.5　抗体酶催化的反应 153

7.6　抗体酶的应用和发展前景 156

7.6.1　抗体酶用于阐明化学反应机制 156

7.6.2　抗体酶在有机合成中的应用 156

7.6.3　抗体在疾病治疗过程中的应用 158

8.1.1　主客体酶模型 161

8　模拟酶 161

8.1　模拟酶的分类 161

8.1.2　胶束模拟酶 162

8.1.3　肽酶 163

8.1.4　半合成酶 163

8.2　印迹酶 164

8.2.1　分子印迹原理 164

8.2.2　分子印迹聚合物的制备方法 166

8.2.3　分子印迹酶 168

8.3　环糊精模拟酶 171

8.3.1　环糊精的结构 171

8.3.3　核糖核酸酶的模拟 173

8.3.2　α-胰凝乳蛋白酶的模拟 173

8.3.4　转氨酶的模拟 174

8.4　冠醚化合物的模拟酶 174

8.4.1　水解酶的模拟 174

8.4.2　肽合成酶的模拟 175

8.5　超氧化物歧化酶的模拟 175

8.5.1　Cu,Zn-SOD活性中心的模拟 175

8.5.2　SOD的功能模拟 176

8.6 模拟酶研究进展 176

9 非水介质中的酶催化反应 178

9.1 非水介质反应体系 178

9.2.1 热稳定性 180

9.2 酶在非水介质中的性质 180

9.2.2 底物专一性 181

9.2.3 对映体选择性 182

9.2.4 区域选择性 182

9.2.5　化学键选择性 182

9.2.6　pH记忆 182

9.3　非水介质反应体系中有机溶剂对酶催化反应的影响 183

9.3.1　有机溶剂对酶的结合水的影响 183

9.3.2　有机溶剂对酶结构的影响 184

9.3.3　有机溶剂对底物和产物的影响 184

9.3.4　有机溶剂对酶选择性的影响 184

9.4　水对非水介质中酶催化的影响 185

9.4.1　必需水 185

9.4.2　水对酶催化反应速度的影响 186

9.4.3　水活度 188

9.4.4　水对酶活性的影响 190

9.5　非水介质中的酶催化反应类型 191

9.5.1　C—O键的形成 191

9.5.2　C—N键的反应 192

9.5.3　C—C键的形成 193

9.5.4　还原反应 193

9.5.5　氧化反应 194

9.5.6　异构化反应 194

9.5.7　C—X的反应 194

9.6　非水介质酶催化的应用 195

9.6.1　光学活性化合物的制备 195

9.6.2　旋光性聚合物的合成 196

10　应用酶工程 199

10.1　淀粉酶 200

10.1.1　α-淀粉酶 200

10.1.2　β-淀粉酶 200

10.1.3　葡萄糖淀粉酶 202

10.1.4　异淀粉酶 202

10.2　蛋白酶 204

10.3　脂肪酶 206

10.4　青霉素酰化酶与半合成抗生素 207

10.5 淀粉酶、葡萄糖异构酶与果葡糖浆的生产 210

10.6　酶法生产L-氨基酸 212

10.6.1　DL-氨基酸的酶法拆分 212

10.7.1　酶法合成L-苹果酸 213

10.7　酶法生产有机酸 213

10.6.2　酶法合成L-天冬氨酸 213

10.6.3　酶法生产L-丙氨酸 213

10.7.2　酶法合成L-酒石酸 214

10.7.3　酶法合成长链二羧酸 214

10.7.4　用酶水解腈生产相应有机酸 214

10.8　手性化合物的酶法合成和拆分 215

10.8.1　手性化合物的酶法合成 216

10.8.2　手性化合物的酶法拆分 221

10.9　酶与生物传感器 225

10.10 酶在物质分析检测方面的应用 227

10.10.1　单酶反应分析 227

10.10.3　酶标免疫分析 228

10.10.2　多酶偶联反应分析 228

10.11　用于疾病诊断和治疗的酶 231

10.11.1　用于疾病诊断的酶 231

10.11.2　用于疾病治疗的酶 232

10.12　靶酶及酶标药物 233

11　酶工程发展展望 234

11.1　新酶的发现 234

11.2　天然酶的改造 235

11.3　仿生酶的研究 236

11.4　酶应用范围的扩大 237

11.5　新应用领域中酶催化动力学的研究 238

参考文献 239