生物催化剂工程 原理及应用PDF电子书下载

第1章 绪 论 1

1.1 生物加工与生化工程 1

1.2 生物催化工程 2

1.2.1 生物催化工程的学科背景 2

1.2.2 生物催化工程的内涵与外延 2

1.2.3 我国生物催化发展概况 5

1.3 生物催化在手性合成中的应用 8

1.3.1 生物催化的不对称氧化还原 11

1.3.2 水解酶催化的对映选择性合成 14

1.4 工业生物催化发展动态及名家观点 15

1.4.1 生物催化的最新技术进展 16

1.4.2 生物催化的成功实例 20

1.4.3 生物催化的未来 21

参考文献 24

第2章 生物催化剂的发现 27

2.1 概述 27

2.1.1 生物催化剂的基本概念 27

2.1.2 生物催化剂的来源与多样性 27

2.2 生物催化剂的发现和筛选 28

2.2.1 生物催化剂筛选的一般策略 30

2.2.2 建立有效和方便的筛选分析方法 31

2.2.3 生物催化剂的发现和筛选途径 32

2.3 总结与展望 39

参考文献 39

第3章 生物催化剂的改造 41

3.1 概 述 41

3.2 生物催化剂的理性设计 42

3.2.1 理性设计的工具 42

3.2.2 理性设计的目标 44

3.2.3 融合蛋白质 46

3.2.4 模拟计算的最新进展 46

3.2.5 小结与展望 47

3.3 生物催化剂的定向进化 47

3.3.1 定向进化的方法 48

3.3.2 亲本酶的选择 55

3.3.3 不同策略决定进化路径 55

3.3.4 生物催化剂的高通量筛选 56

3.3.5 小结与展望 57

3.4 理性设计与定向进化的组合应用 57

3.4.1 理性设计与定向进化的组合——半理性设计 58

3.4.2 不同进化方向采用不同策略 59

参考文献 60

第4章 酶的高通量筛选方法 63

4.1 概述 63

4.2 氧化还原酶的高通量筛选方法 64

4.2.1 脱氢酶 64

4.2.2 氧化酶类 66

4.2.3 加氧酶 68

4.2.4 漆酶 71

4.3 转氨酶的高通量筛选方法 72

4.3.1 基于底物和产物性质的筛选方法 72

4.3.2 基于NAD（P）H再生的筛选方法 73

4.3.3 pH指示法 73

4.4 水解酶的高通量筛选方法 74

4.4.1 使用显色底物直接测定 74

4.4.2 pH指示剂——偶合反应间接测定法 74

4.4.3 选择性的估算和测定 78

4.5 总结 84

参考文献 84

第5章 酶和细胞的固定化 90

5.1 生物催化剂固定化技术的出现及发展 90

5.1.1 游离酶的缺陷 90

5.1.2 酶固定化技术的出现及发展 90

5.1.3 细胞固定化技术的出现及发展 91

5.2 固定化生物催化剂的命名及形式 91

5.3 固定化生物催化剂制备的原则 92

5.4 固定化酶的制备方法 93

5.4.1 非共价载体结合法 93

5.4.2 共价载体结合法 95

5.4.3 包埋法 97

5.4.4 无载体固定化法 99

5.4.5 组合固定化 100

5.4.6 酶固定化方法的优缺点 100

5.5 固定化酶的性质 100

5.5.1 酶活性 101

5.5.2 稳定性 101

5.5.3 固定化酶最适温度的变化 102

5.5.4 固定化酶最适pH的变化 102

5.5.5 底物专一性 102

5.5.6 固定化酶的优缺点 103

5.6 细胞的固定化 103

5.6.1 固定化细胞的特点 103

5.6.2 细胞固定化方法 105

5.7 固定化生物催化剂的应用 107

5.7.1 固定化催化剂在工业生产中的应用 107

5.7.2 固定化酶在酶传感器中的应用 110

5.7.3 固定化酶在临床检验方面的应用 110

参考文献 110

第6章 单加氧酶 112

6.1 细胞色素P450单加氧酶 112

6.1.1 细胞色素P450单加氧酶的结构分类 112

6.1.2 细胞色素P450单加氧酶的羟化反应催化机理 114

6.1.3 细胞色素P450单加氧酶的性质表征 114

6.1.4 细胞色素P450单加氧酶的分子改造 116

6.1.5 细胞色素P450单加氧酶催化的反应 117

6.2 黄素依赖的单加氧酶 121

6.2.1 黄素依赖型单加氧酶的分类 121

6.2.2 黄素依赖型单加氧酶的催化机理 122

6.2.3 黄素依赖型单加氧酶催化的反应 123

6.3 非血红素单加氧酶 124

6.3.1 甲烷单加氧酶 124

6.3.2 ω－羟化酶系统 125

6.4 总结 126

参考文献 126

第7章 还原酶 132

7.1 生物催化还原反应 132

7.2 羰基的不对称还原 132

7.2.1 生物催化羰基不对称还原的机理 132

7.2.2 辅酶的再生 134

7.2.3 羰基还原酶的发现及改造 137

7.2.4 生物催化羰基不对称还原反应的应用 139

7.3 还原氨化反应 142

7.4 羧酸的还原 143

7.5 碳碳双键的还原 145

7.6 总结 147

参考文献 147

第8章 脂肪酶／酯酶 156

8.1 脂肪酶／酯酶简介 156

8.2 脂肪酶／酯酶的结构分类 157

8.2.1 脂肪酶／酯酶的结构 157

8.2.2 脂肪酶／酯酶的分类 157

8.3 脂肪酶／酯酶的催化机理 160

8.4 脂肪酶／酯酶的分子改造 160

8.5 脂肪酶／酯酶的合成应用 162

8.5.1 手性醇的合成 162

8.5.2 手性酸的合成 163

8.5.3 手性胺的合成 164

8.6 脂肪酶／酯酶的典型应用案例 165

8.6.1 普瑞巴林的合成 165

8.6.2 地尔硫？中间体的合成 166

参考文献 167

第9章 环氧水解酶 172

9.1 概述 172

9.2 环氧水解酶的生理功能 172

9.2.1 哺乳动物环氧水解酶的生理功能 173

9.2.2 植物、昆虫、微生物环氧水解酶的生理功能 174

9.3 环氧水解酶的结构分类及催化机理 175

9.3.1 环氧化物的开环反应 175

9.3.2 α／β折叠环氧水解酶的结构及催化机理 175

9.3.3 LEH类环氧水解酶的结构及催化机理 177

9.3.4 白三烯A4水解酶的结构及催化机理 178

9.4 环氧水解酶的性质表征 179

9.4.1 环氧水解酶的纯化及生化性质表征 179

9.4.2 环氧水解酶催化反应的区域选择性 179

9.4.3 环氧水解酶区域选择性的表征 180

9.5 环氧水解酶生物催化剂的开发及其合成应用 181

9.5.1 一些高选择性的环氧水解酶生产菌株 181

9.5.2 天然来源环氧水解酶的生产 183

9.5.3 环氧水解酶的基因克隆及重组表达 184

9.5.4 环氧水解酶的蛋白质工程改造 185

9.5.5 环氧水解酶应用于经典动力学拆分 187

9.5.6 内消旋环氧化物的去对称化 191

9.5.7 环氧水解酶催化的对映会聚水解 192

9.5.8 非天然亲核试剂参与的环氧开环 193

9.6 环氧水解酶反应工程 194

9.6.1 单一水相催化 194

9.6.2 两相催化 195

9.6.3 膜反应器转化 195

9.7 总结与展望 196

参考文献 197

第10章 腈水合酶和腈水解酶 207

10.1 概述 207

10.2 腈水解酶简介 208

10.3 腈水合酶简介 209

10.3.1 Fe－型腈水合酶 209

10.3.2 Co－型腈水合酶 211

10.3.3 腈水合酶的水合机理 211

10.4 具有腈水解酶或腈水合酶活性的微生物 212

10.5 腈水解酶和腈水合酶的选择性 214

10.5.1 化学选择性 214

10.5.2 立体选择性 214

10.5.3 区域选择性 214

10.6 影响酶催化腈水解的主要因素 215

10.6.1 诱导剂的影响 215

10.6.2 底物和产物的抑制 215

10.6.3 反应介质的影响 216

10.7 腈水解酶和腈水合酶的应用 216

10.8 氰水解酶和氰水合酶的简介 220

10.9 在生物降解与生物修复中的应用 221

10.10 总结 222

参考文献 222

第11章 羟腈裂解酶 230

11.1 羟腈裂解酶简介 230

11.2 羟腈裂解酶的研究进展 231

11.2.1 羟腈裂解酶的来源和筛选 231

11.2.2 羟腈裂解酶的反应机理 231

11.2.3 羟腈裂解酶的理性设计和定向进化 233

11.3 羟腈裂解酶在有机合成中大规模应用的实例 235

11.4 总结与展望 237

参考文献 238

第12章 醛缩酶 241

12.1 醛缩酶的催化机理与分类 241

12.2 DHAP依赖性醛缩酶 244

12.2.1 DHAP依赖性醛缩酶的分类与性质 244

12.2.2 DHAP依赖性醛缩酶的合成应用 246

12.2.3 使用不带有磷酸基团的底物作为供体的醛缩酶 248

12.3 丙酮酸和磷酸烯醇式丙酮酸依赖性醛缩酶 248

12.3.1 丙酮酸依赖性醛缩酶的分类和性质 248

12.3.2 丙酮酸依赖性醛缩酶的合成应用 250

12.4 乙醛依赖性醛缩酶 252

12.4.1 乙醛依赖性醛缩酶的分类与性质 252

12.4.2 乙醛依赖性醛缩酶的合成应用 253

12.5 甘氨酸依赖性醛缩酶 253

12.5.1 甘氨酸依赖性醛缩酶的分类 253

12.5.2 甘氨酸依赖性醛缩酶的合成应用 254

12.6 其他新的具有醛缩酶活性的催化剂 255

12.6.1 非醛缩酶催化的醛缩反应 255

12.6.2 计算机从头设计新的醛缩酶 255

12.7 总结和展望 257

参考文献 258