第1章 什么是生物过程工程师 3
前言 3
生物技术和生物过程工程 3
生物学家和工程师在研究方法上的区别 4
青霉素的故事：生物学家和工程师如何一起工作 4
生物过程：监管限制 8
建议进一步阅读的文献 9
习题 9
第2章 生物学基础概要 13
所有细胞都是一样的吗 13
微生物多样性 13
细胞命名 14
病毒 15
原核生物 16
真核生物 19
细胞结构 23
前言 23
氨基酸和蛋白质 23
碳水化合物：单糖和多糖 28
类脂、脂肪和甾类化合物 31
核酸：RNA和DNA 33
细胞营养 37
前言 37
常量营养素 38
微量营养素 39
生长培养基 40
小结 40
建议进一步阅读的文献 41
习题 42
第3章酶 43
前言 43
酶的作用机理 44
酶动力学 45
前言 45
简单酶动力学的机理模型 46
通过实验确定Michaelis-Menten型动力学的速率参数 47
更复杂的酶动力学模型 49
pH和温度的影响 54
不溶性底物 56
固定化酶系统 56
酶固定化方法 57
固定化酶系统中的扩散限制 59
静电作用和空间作用对固定化酶系统的影响 63
酶的大规模生产 64
医用酶和工业用酶 64
小结 67
建议进一步阅读的文献 68
习题 68
第4章 细胞是如何运转的 73
前言 73
中心法则 73
DNA复制：细胞信息的保存和传播 74
转录：信息的传输 76
翻译：从信息到产物 78
遗传密码：通用信息 78
翻译：机器如何运转 79
翻译后加工：使产物变得有用 80
代谢调节 82
基因水平的控制：哪些蛋白质被合成？ 83
代谢途径控制 85
细胞如何感知其外部环境 86
小分子跨细胞膜的运输机制 86
细胞受体在代谢和细胞分化中的作用 88
小结 89
附录：复杂途径调节的实例 89
建议进一步阅读的文献 91
习题 91
第5章 主要代谢途径 93
前言 93
生物能学 93
葡萄糖代谢：糖酵解和三羧酸循环 95
呼吸 98
好氧葡萄糖代谢的控制位点 99
含氮化合物的代谢 99
氮的固定化 100
烃代谢 100
生物合成概述 101
厌氧代谢概述 103
自养代谢概述 104
小结 105
建议进一步阅读的文献 106
习题 106
第6章 细胞如何生长 108
前言 108
间歇生长 108
细胞浓度的定量 109
分批培养的生长类型和动力学 111
环境条件如何影响生长动力学 116
微生物生长产热 119
量化生长动力学 120
前言 120
用非结构非隔离模型预测比生长速率 121
瞬态特性模型 126
控制论模型 130
在连续培养中细胞如何生长 130
前言 130
连续培养的特殊装置 130
理想恒化器 132
恒化器的作用 136
与理想状态的偏离 136
小结 137
建议进一步阅读的文献 137
习题 138
第7章 微生物生长和产物生成的化学计量学 142
前言 142
其他定义 142
化学计量学计算 143
元素平衡 143
还原度 144
得率系数的理论预测 147
小结 148
建议进一步阅读的文献 148
习题 148
第8章 如何改变细胞的遗传信息 150
前言 150
通过诱变和筛选来进化出理想的生物化学活性 150
突变是如何发生的 150
筛选理想的突变株 151
基因转移和重排的自然机制 153
基因重组 153
转化 154
转导 154
附加体与接合 155
转座子：内部基因转移 156
基因工程细胞 156
基因工程中的基本元件 157
高等生物的基因工程 160
基因组学 161
实验技术 161
计算机技术 163
小结 164
建议进一步阅读的文献 165
习题 165
第9章 悬浮和固定化培养的生物反应器操作要素 169
前言 169
选择培养方法 169
间歇和连续反应器的改进 171
可循环的恒化反应器 171
多阶段恒化器体系 172
补料操作 177
灌注体系 179
固定化细胞体系 180
前言 180
活性细胞固定化 181
被动固定化：生物膜 183
固定化细胞体系的扩散限制 184
固定化细胞体系中生物反应器需要考虑的问题 187
固态发酵 189
小结 191
建议进一步阅读的文献 192
习题 192
第10章 生物反应器的选择、放大、操作和控制 195
前言 195
放大及其困难 195
前言 195
反应器类型的概括 195
关于通气、搅拌和热量传递的一些讨论 199
放大 202
缩小 205
生物反应器检测方法与控制 209
前言 209
实际发酵的测量仪器 209
获得信息的使用 211
过程流体的灭菌 213
前言及细胞死亡动力学 213
液体的灭菌 215
气体的灭菌 217
小结 219
建议进一步阅读的文献 219
习题 220
第11章 产物的回收和纯化 223
回收和纯化产物的策略 223
不溶性产物的分离 224
过滤 224
离心 227
凝聚和絮凝 229
细胞破碎 230
机械破碎方法 230
非机械破碎 231
可溶性产物的分离 231
液体萃取 232
双水相萃取 234
沉淀 235
吸附 236
透析 238
反渗透 239
超滤和微滤 240
错流过滤和微滤 241
色谱 244
电泳 250
电渗析 251
最后的纯化步骤 252
结晶 252
干燥 252
反应与分离过程的集成 253
小结 254
建议进一步阅读的文献 254
习题 255
第12章 动物细胞培养中的生物过程要素 259
动物细胞的构造及生物化学特性 259
动物细胞培养方法 261
用于动物细胞培养的生物反应器要素 266
动物细胞培养的产品 269
单克隆抗体 269
免疫生物调节因子 269
病毒疫苗 269
激素 269
酶 270
杀虫剂 270
全细胞及组织培养 270
小结 270
建议进一步阅读的文献 271
习题 271
第13章 植物细胞培养中的生物过程要素 272
为何进行植物细胞培养 272
植物细胞培养与微生物细胞培养的比较 273
生物反应器要素 275
悬浮培养生物反应器 275
使用细胞固定化的反应器 277
用于活体组织的生物反应器 278
植物细胞组织培养的经济性 279
小结 280
建议进一步阅读的文献 280
习题 281
第14章 基因工程菌的利用 282
前言 282
产品如何影响过程决策 282
选择宿主-载体系统的原则 283
概述 283
大肠杆菌 284
革兰阳性细菌 286
低等真核细胞 286
哺乳动物细胞 287
昆虫细胞-杆状病毒系统 288
转基因动物 289
转基因植物和植物细胞培养 290
策略的比较 290
过程限制：遗传不稳定性 291
分配丢失 291
质粒的结构不稳定性 293
宿主细胞突变 293
生长速率控制的不稳定性 293
质粒设计中避免工艺过程问题的要素 294
宿主-载体相互作用和遗传不稳定性的预测 296
基因操作过程的监管限制 303
代谢工程 305
蛋白质工程 306
小结 308
建议进一步阅读的文献 308
习题 310
第15章 生物过程工程在医学中的应用 312
前言 312
组织工程 312
什么是组织工程？ 312
商业组织培养过程 313
使用病毒载体的基因治疗 314
病毒传染模型 314
反转录病毒的大量生产 316
生物反应器 317
干细胞和造血作用 317
体外人工肝 318
小结 318
建议进一步阅读的文献 319
习题 319
第16章 混合培养 320
前言 320
混合培养中相互作用的主要分类 320
描述混合培养相互作用的简单模型 323
自然界的混合培养 326
混合培养的工业应用 328
生物废水处理：混合培养工业应用举例 329
概述 329
生物废物处理工艺 331
改进的废水处理系统 338
将废水转化为有用产品 341
小结 342
建议进一步阅读的文献 342
习题 343
第17章 结语 345
附录传统工业生物过程 346
厌氧生物过程 346
乙醇生产 346
乳酸生产 348
丙酮-丁醇的生产 349
有氧过程 351
柠檬酸生产过程 351
面包酵母的生产 352
青霉素的生产 353
高果糖浆生产 355
建议进一步阅读的文献 357
索引 358