第一篇 酶理论 1
1 酶与酶工程 3
1.1 酶学研究概况 3
1.2 从分子水平研究酶的结构与功能 4
1.3 用分子生物学方法改进酶的催化特性及设计新酶 4
1.3.1 酶结构与功能关系的研究 4
1.3.2 基因工程酶 5
1.3.3 酶的蛋白质工程构建 5
1.4 构建新酶——核酶、抗体酶、模拟酶和分子印迹酶 6
1.4.1 核酶 6
1.4.2 抗体酶 6
1.4.3 模拟酶 7
1.4.4 分子印迹酶 7
1.5 酶工程中的若干研究热点 8
1.5.1 非水介质中的酶反应 8
1.5.2 组合生物催化 8
1.5.3 生物催化的重要课题——酶法拆分 8
1.5.4 开辟酶生物转化合成的新途径 9
1.5.5 开发极端环境条件下的新酶种 9
1.5.6 发挥酶和微生物在环境整治中的作用 9
参考文献 10
2 酶的分类与命名 11
2.1 酶的系统分类和命名 11
2.2 同工酶 12
2.3 多酶系统 13
2.4 酶的辅因子 13
2.5 酶的理化特性 14
2.5.1 酶的高效性 14
2.5.2 酶的专一性 14
2.5.3 酶容易失活 18
2.5.4 酶的活性调节 18
2.6 新型酶 19
参考文献 19
3 酶的作用与机理 20
3.1 酶活性中心的概念 20
3.2 影响酶催化效率的因素 21
3.2.1 邻近效应与定向效应 21
3.2.2 底物形变和诱导契合 22
3.2.3 酸碱共同催化 22
3.2.4 共价催化 23
3.2.5 疏水环境的影响 23
3.2.6 金属催化 23
3.3 酶的活性部位柔性的假说 24
3.3.1 酶的活性丧失和整体构象变化的关系 25
3.3.2 酶活性部位的柔性 25
3.3.3 酶活性部位柔性和整体结构刚性的实例 26
3.4 辅因子在酶促反应中的作用 27
3.4.1 金属激活酶和金属酶 27
3.4.2 辅酶 29
参考文献 36
4 酶的催化反应动力学 38
4.1 酶的活性 38
4.1.1 酶活力的表示方法 38
4.1.2 酶活力单位 39
4.2 酶促反应动力学 39
4.2.1 底物浓度对酶促反应速率的影响 39
4.2.2 酶浓度对酶促反应速率的影响 46
4.2.3 温度对酶促反应速率的影响 47
4.2.4 pH对酶促反应速率的影响 48
4.2.5 激活剂对酶促反应速率的影响 49
4.2.6 抑制剂对酶促反应速率的影响 49
4.3 多底物反应的动力学 49
4.3.1 多底物反应的类型 50
4.3.2 多底物反应的酶促动力学 52
4.4 酶抑制动力学 54
4.4.1 抑制作用的类型 54
4.4.2 可逆抑制作用的分类 55
4.4.3 可逆抑制作用的酶促反应动力学 56
4.4.4 不可逆抑制剂 60
4.4.5 可逆抑制剂 63
参考文献 64
5 酶的活性调节 65
5.1 通过配体诱导酶构象改变的活性调节 65
5.1.1 配体和蛋白质的结合 65
5.1.2 变构酶 73
5.2 通过酶共价结构改变的活性调节 80
5.2.1 共价结构不可逆改变的活性调节 80
5.2.2 共价结构可逆改变的活性调节 83
5.3 代谢途径中酶活性的调节 85
5.3.1 磷酸果糖激酶 86
5.3.2 磷酸化酶 88
5.4 酶的转换 89
5.4.1 酶合成的调节 90
5.4.2 酶降解的调节 90
参考文献 91
第二篇 酶工程 93
6 酶的分离工程 95
6.1 酶分离纯化的一般原则 95
6.1.1 建立一个可靠和快速的测活方法 95
6.1.2 酶原料的选择 95
6.1.3 酶的提取 96
6.1.4 酶的提纯 96
6.1.5 酶的纯度检验 96
6.2 酶提取方法的选择 97
6.2.1 生物材料的破碎 97
6.2.2 抽提方法 98
6.3 酶纯化方法的选择 98
6.3.1 调节酶溶解度的方法 99
6.3.2 根据酶分子大小、形状不同的分离方法 104
6.3.3 根据酶分子电荷性质的分离方法 110
6.3.4 根据酶分子的极性进行分离的方法 116
6.3.5 根据酶分子的专一性结合的方法 117
6.3.6 酶的结晶 121
6.3.7 对各种纯化方法的评价 123
参考文献 123
7 非水介质中酶的催化反应 124
7.1 非水介质中酶的催化反应及其特征 124
7.2 非水介质中酶的结构与性质 125
7.2.1 非水介质中酶的结构 125
7.2.2 非水介质中的酶学性质 126
7.3 微水有机溶剂的影响与反应介质工程 129
7.3.1 水的作用及其调控 129
7.3.2 有机溶剂的影响与反应介质工程 135
7.3.3 酶的选择与催化剂工程 138
7.4 酶在非水介质中的催化反应 142
7.4.1 酯酶和脂肪酶的酯合成反应、转酯反应及酸酐水解反应 142
7.4.2 糖苷键的水解核形成 143
7.4.3 C—N键反应——肽的合成 143
7.4.4 C—C键形成 144
7.4.5 还原反应 145
7.4.6 氧化反应 145
7.4.7 C—X的反应——卤化反应 146
7.4.8 异构化反应 146
参考文献 146
8 组合生物催化 148
8.1 组合生物催化的理论和特点 148
8.1.1 理论基础 148
8.1.2 组合生物催化的特点 149
8.2 组合生物催化中的酶 150
8.2.1 生物催化组合合成 150
8.2.2 用于组合生物催化反应中酶的特点 151
8.3 组合生物催化的类型 154
8.3.1 非水介质中的生物催化 154
8.3.2 酶作为组合合成的脱保护工具 155
8.3.3 固定化酶催化 156
8.4 组合生物催化实例 158
8.4.1 构建小分子库 158
8.4.2 构建天然产物库 158
8.4.3 展望 161
参考文献 161
9 酶的固定化技术 163
9.1 概述 163
9.1.1 酶的固定化 164
9.1.2 微生物酶的固定化 164
9.1.3 微生物生活细胞的固定化 165
9.1.4 细胞器及动植物细胞的固定化 165
9.2 酶的固定化方法 166
9.2.1 酶的固定化方法 166
9.2.2 微生物的固定化方法 168
9.2.3 整细胞的固定化方法 170
9.2.4 细胞器的固定化方法 172
9.2.5 动植物细胞的固定化 175
9.3 固定化酶（细胞）的性质及评价指标 179
9.3.1 固定化酶（细胞）的性质 179
9.3.2 固定化酶（细胞）的评价指标 185
9.4 固定化酶（细胞）反应器 186
9.4.1 填充床反应器（PBR） 187
9.4.2 恒流搅拌罐反应器（CSTR） 187
9.4.3 流化床反应器 188
9.4.4 空心纤维反应器 188
9.4.5 其他类型反应器 188
参考文献 189
10 新酶的发现和筛选 191
10.1 新酶的来源 191
10.2 微生物新酶的获得途径及优劣比较 192
10.2.1 从市场供应的酶库中筛选 192
10.2.2 从微生物菌种保藏库筛选 192
10.2.3 从自然界筛选产酶微生物 192
10.2.4 从基因克隆库中筛选 192
10.3 新酶筛选的策略 193
10.3.1 新酶筛选的一般规律 193
10.3.2 生物反应过程中的用酶设计 193
10.3.3 建立高效的筛选方法 193
10.4 从自然界中筛选产酶微生物的一般方法与步骤 194
10.4.1 样品采集 195
10.4.2 富集培养 195
10.4.3 纯种分离 196
10.4.4 初筛 197
10.4.5 复筛 198
10.4.6 高产菌株的选育 198
10.5 从基因组DNA筛选酶的方法 198
10.6 基于机理的新酶设计 202
参考文献 203
11 生物酶工程 204
11.1 酶的基因克隆和异源表达 204
11.1.1 酶基因克隆的基本步骤 205
11.1.2 酶基因克隆的常用方法 211
11.1.3 酶的异源表达 213
11.2 酶理性设计与定点突变 216
11.2.1 酶的遗传修饰与理性设计 217
11.2.2 酶定点突变方法 217
11.3 酶的定向进化 222
11.3.1 酶分子定向进化的基本原理 222
11.3.2 酶分子定向进化的策略 223
11.3.3 定向进化的应用 237
11.4 酶的半理性设计 241
11.5 融合蛋白和融合酶 243
11.5.1 融合蛋白与融合酶简介 243
11.5.2 融合蛋白与融合酶的构建策略 243
11.5.3 融合蛋白与融合酶的制备 244
11.5.4 融合蛋白与融合酶的应用 245
参考文献 248
12 化学酶工程 249
12.1 酶的化学修饰 249
12.1.1 酶的化学修饰反应 250
12.1.2 影响酶化学修饰的主要因素 263
12.1.3 修饰程度和修饰部位的测定 266
12.1.4 酶化学修饰的应用 268
12.1.5 酶的亲和修饰 273
12.1.6 酶化学修饰的专一性控制 275
12.1.7 酶化学修饰实例——SOD的化学修饰 276
12.2 模拟酶 283
12.2.1 环糊精模拟酶模型 283
12.2.2 大环聚醚及其模拟酶 286
12.2.3 胶束体系及其模拟酶 288
12.2.4 聚合物及其模拟酶 290
12.2.5 金属卟啉及其模拟酶 290
12.2.6 肽酶 291
12.2.7 氧化酶的模拟 291
12.2.8 过氧化物酶的模拟 291
12.2.9 SOD的模拟 292
12.3 分子印迹酶 295
12.3.1 分子印迹概念 295
12.3.2 分子印迹技术的分类 296
12.3.3 分子印迹聚合物的制备 298
12.3.4 分子印迹酶 300
参考文献 303
13 酶抑制剂设计与药物开发 304
13.1 天冬氨酸蛋白酶类抑制剂 304
13.1.1 血管紧张素转化酶 304
13.1.2 HIV蛋白酶抑制剂的设计 306
13.2 基质金属蛋白酶 311
13.2.1 基质金属蛋白酶抑制剂 312
13.2.2 抑制剂的设计 313
13.3 丝氨酸蛋白酶抑制剂 314
13.3.1 体内凝血过程中丝氨酸蛋白酶抑制剂的作用 314
13.3.2 Xa因子的抑制剂 314
13.3.3 组合肽库法 315
13.4 半胱氨酸蛋白酶 317
13.4.1 半胱氨酸蛋白酶在人体内的病理学作用 317
13.4.2 溶酶体半胱氨酸蛋白酶（LCP） 317
13.4.3 溶酶体半胱氨酸蛋白酶的结构和作用机理 318
13.4.4 酶原激活 319
13.4.5 溶酶体半胱氨酸蛋白酶的天然抑制剂 319
13.4.6 半胱氨酸蛋白酶抑制剂的设计 319
13.4.7 肽基醛型半胱氨酸蛋白酶抑制剂 320
13.4.8 缩氨基脲型半胱氨酸蛋白酶抑制剂 322
13.5 酶抑制剂研究进展 323
13.5.1 酶抑制剂药物的现状 323
13.5.2 酶抑制剂药物的研发模式 324
13.5.3 酶抑制剂药物研究展望 324
参考文献 325
14 酶的信号传导 327
14.1 鸟嘌呤核苷三磷酸水解酶（GTPase）的信号传导 328
14.1.1 G蛋白的基本特征 328
14.1.2 结构特点 328
14.1.3 活化的作用机制 329
14.1.4 GTPase参与的信号传导 331
14.2 核苷酸环化酶的信号传导 336
"14.2.1 腺苷酸环化酶（Adenylyl Cyclase,AC）的信号传导 336
14.2.2 鸟苷酸环化酶的信号传导 338
14.3 磷脂酶介导的信号传导 341
14.3.1 磷脂酶的概述 341
14.3.2 磷脂酶的结构 344
14.3.3 磷脂酶参与的信号传导 346
参考文献 350
第三篇 酶应用 353
15 酶在工业上的应用 355
15.1 工业酶的应用现状 356
15.1.1 工业酶制剂的来源及特点 356
15.1.2 工业酶制剂国内外产业化现状 358
15.2 酶在轻工业上的应用 359
15.2.1 酶在原料处理方面的应用 360
15.2.2 酶在轻工业产品制造上的应用 361
15.3 酶在化工方面的应用 363
15.4 酶在其他方面的应用 363
15.4.1 加酶洗涤剂 363
15.4.2 加酶牙膏 363
15.4.3 加酶饲料 364
15.4.4 加酶护肤品 364
参考文献 364
16 酶在医药上的应用 365
16.1 酶类药物 365
16.1.1 与治疗胃肠道疾病有关的酶类药物 365
16.1.2 与治疗炎症有关的酶类药物 366
16.1.3 与溶解血纤维有关的酶类药物 367
16.1.4 具有抗肿瘤作用的酶类药物 367
16.1.5 药典收载的酶类药物 368
16.2 诊断用酶 370
16.2.1 根据体液内酶活力的变化诊断疾病 370
16.2.2 用酶测定体液中某些物质量的诊断疾病 370
16.3 酶在药物制造方面的应用 371
16.3.1 青霉素酰化酶制造半合成抗生素 371
16.3.2 β-酪氨酸酶制造多巴 373
16.3.3 核苷磷酸化酶制造阿糖腺苷 374
16.3.4 无色杆菌蛋白酶制造人胰岛素 374
16.3.5 多核苷酸磷酸化酶生产聚肌胞 375
参考文献 375
17 酶在食品工业上的应用 376
17.1 酶在食品保健方面的应用 377
17.1.1 食品除氧保鲜 377
17.1.2 食品灭菌保鲜 377
17.2 酶在淀粉类食品生产方面的应用 377
17.2.1 葡萄糖的生产 378
17.2.2 果葡糖浆的生产 378
17.2.3 环状糊精的生产 379
17.3 酶在蛋白质类食品生产方面的应用 379
17.3.1 氨基酸的生产 380
17.3.2 明胶的生产 380
17.3.3 干酪的生产 380
17.3.4 肉类的嫩化 381
17.4 酶在果蔬类食品生产方面的应用 381
17.4.1 柑橘罐头防止白色浑浊 381
17.4.2 果蔬制品的脱色 381
17.4.3 酶在果汁生产中的应用 382
17.4.4 酶在甜味剂生产中的应用 382
参考文献 384
18 极端酶的开发与应用 385
18.1 嗜热极端酶 386
18.1.1 嗜热极端菌 386
18.1.2 嗜热极端酶的种类及应用 387
18.1.3 嗜热极端酶的耐热机理研究 391
18.2 嗜冷极端酶 392
18.2.1 嗜冷极端微生物 392
18.2.2 低温酶 393
18.2.3 低温酶耐冷或嗜冷机理的研究 394
18.3 嗜盐酶 395
18.3.1 嗜盐微生物 395
18.3.2 嗜盐酶及其应用 396
18.3.3 嗜盐酶的耐盐机理 397
18.4 嗜碱菌及碱性酶的研究和应用 397
18.4.1 嗜碱菌 397
18.4.2 碱性酶 397
18.5 酸性酶 399
18.5.1 嗜酸极端微生物 399
18.5.2 酸性酶的种类及应用 399
18.6 耐压酶类 401
18.6.1 耐压菌和嗜压菌 401
18.6.2 嗜压酶和耐压酶 402
18.7 耐有机溶剂酶 402
18.8 耐重金属微生物及相应酶 403
18.9 结论和展望 404
参考文献 404
19 酶在环境治理方面的应用 405
19.1 酶与环境保护 405
19.2 酶在环境污染治理中的应用 406
19.2.1 酶在废水处理工程中的应用 406
19.2.2 酶在石油和工业废油处理工程中的应用 408
19.2.3 酶与白色污染治理 408
19.2.4 酶与环境监测 409
19.2.5 酶与污染土壤修复 409
参考文献 415
20 酶在能源方面的应用 417
20.1 燃料乙醇及其生产 417
20.1.1 燃料乙醇简介 417
20.1.2 发酵法生产燃料乙醇的原料 418
20.1.3 发酵法生产燃料乙醇的酶 419
20.1.4 发展中的燃料乙醇生产用酶制剂 421
20.2 氢气及生物制氢 423
20.2.1 生物法制氢 423
20.3 生物燃料电池 425
20.3.1 生物燃料电池的工作原理 425
20.3.2 生物燃料电池的分类 426
20.3.3 酶生物燃料电池 426
20.4 生物柴油及其制备 428
20.4.1 生物柴油的理化性能与制备 428
20.4.2 生物酶催化生物柴油制备 429
20.4.3 生物酶催化生物柴油制备的制约因素 430
20.4.4 固定化脂肪酶制备生物柴油 431
20.4.5 全细胞催化剂用于生物柴油制备 432
20.4.6 生物工程技术改造脂肪酶和超临界流体中的酶催化 433
20.4.7 脂肪酶催化生产生物柴油研究中存在的问题 434
参考文献 434