生物催化工程

目录
1 绪论
1.1 生物加工与生化工程
1.2 生物催化工程
1.2.1 生物催化工程的学科背景
1.2.2 生物催化工程的内涵与外延
1.3 生物催化在手性合成中的应用
1.3.1 生物催化的不对称氧化还原
1.3.2 水解酶催化的对映选择性合成
1.4 工业生物催化发展动态及名家观点
1.4.1 生物催化的最新技术进展
1.4.2 生物催化的成功实例
1.4.3 生物催化的未来
参考文献
2 生物催化剂的发现
2.1 概述
2.1.1 生物催化剂的基本概念
2.1.2 生物催化剂的来源与多样性
2.1.3 生物催化剂的发现和筛选
2.2 微生物酶的筛选策略
2.2.1 常规生物催化剂筛选的一般策略
2.2.2 从极端微生物中筛选极端酶的策略
2.2.3 不可培养生物催化剂的发现策略
2.3 微生物和酶的一般筛选方法
2.3.1 从自然界发现产酶微生物
2.3.2 生物催化剂的高效筛选
2.4 菌种选育
2.4.1 自然选育
2.4.2 诱变选育
2.5 从基因组DNA筛选酶的方法
2.5.1 从土壤和水样提取基因组DNA
2.5.2 土壤微生物DNA的文库构建
参考文献
3 生物催化剂的改造
3.1 概述
3.1.1 分子生物学基本知识
3.1.2 基因工程原理
3.2 生物催化剂的有理设计
3.2.1 有理设计的工具
3.2.2 有理设计的目标
3.2.3 其他
3.2.4 小结与展望
3.3 生物催化剂的定向进化
3.3.1 定向进化的基本方法
3.3.2 关于定向进化方法的讨论
3.3.3 从实验室到市场
3.3.4 生物催化剂的高通量筛选
3.3.5 结论
3.4 生物催化剂的组合改造
3.5 生物催化剂改造总结和展望
参考文献
4 微生物酶的发酵生产
4.1 产酶微生物菌种
4.1.1 对产酶菌种的要求
4.1.2 常见的产酶微生物
4.1.3 产酶菌种的保藏
4.1.4 产酶菌种的退化与活化复壮
4.2 产酶培养基
4.2.1 微生物发酵与产酶原料
4.2.2 培养基配制与灭菌
4.3 种子培养与发酵产酶
4.3.1 产酶发酵工艺流程
4.3.2 产酶发酵方法
4.3.3 种子扩大培养
4.3.4 无菌操作的接种技术
4.4 微生物生长与发酵产酶动力学
4.4.1 微生物的生长繁殖规律
4.4.2 发酵产酶的模式
4.4.3 细胞生长动力学
4.4.4 产酶动力学
4.5 发酵条件对产酶的影响
4.5.1 温度
4.5.2 pH
4.5.3 溶解氧(供氧)
4.5.4 搅拌
4.5.5 泡沫
4.5.6 湿度
4.6 发酵染菌和防治
4.6.1 杂菌污染的途径
4.6.2 杂菌污染的原因分析及防止措施
4.6.3 噬菌体的危害和防止措施
4.7 工业用生物催化剂与酶制剂
4.7.1 工业用生物催化剂的要求
4.7.2 商品酶的剂型
参考文献
5 酶的提取纯化与表征
5.1 酶提取纯化的基本原理及分类
5.1.1 酶的提取
5.1.2 酶的纯化
5.1.3 酶的纯度检验
5.2 利用目标产物酶和杂蛋白溶解度差异的提取纯化方法
5.2.1 改变离子强度——盐析法
5.2.2 改变pH和温度
5.2.3 改变介电常数
5.3 利用液-液分配系数差异的提取纯化方法
5.3.1 双水相系统萃取法原理及应用
5.3.2 主要的影响因素
5.3.3 双水相萃取的改进
5.4 利用大小和形状差异的提取纯化方法
5.4.1 离心分离
5.4.2 凝胶过滤
5.4.3 膜分离法——超滤与透析
5.5 利用电荷性质差异的提取纯化方法
5.5.1 离子交换法
5.5.2 电泳技术
5.6 以稳定性差异为依据的提取纯化方法
5.6.1 选择性热变性
5.6.2 酸碱变性
5.6.3 表面变性
5.7 利用特异亲和性质差异的提取纯化方法
5.7.1 亲和层析
5.7.2 免疫吸附层析
5.7.3 染料配体亲和层析
5.7.4 共价层析
5.8 利用疏水作用差异的提取纯化方法
5.9 其他分离提纯方法
5.10 纯化方法评估与选择
5.10.1 纯化方案设计
5.10.2 酶纯化方法的选择
5.10.3 酶的保存
5.11 酶性质的表征及其方法
5.11.1 蛋白质的浓度
5.11.2 蛋白质的纯度
5.11.3 酶的活性
5.11.4 酶等电点及氨基酸分析
5.11.5 酶光谱和肽谱
参考文献
6 酶和细胞的固定化
6.1 概述
6.1.1 固定化酶的产生和发展
6.1.2 固定化酶的含义及特点
6.1.3 固定化细胞
6.2 酶的固定化
6.2.1 固定化酶的制备原则和方法分类
6.2.2 非共价结合法固定化酶
6.2.3 共价结合法固定化酶
6.2.4 交联法固定化酶
6.2.5 包埋法固定化酶
6.3 固定化酶的性质
6.3.1 酶活力
6.3.2 稳定性
6.3.3 固定化酶的最适温度变化
6.3.4 固定化酶的最适pH变化
6.3.5 底物特异性
6.4 固定化酶的应用
6.4.1 固定化酶在工业生产中的应用
6.4.2 固定化酶在分析检测方面的应用
6.4.3 固定化酶在临床检验、治疗以及新药剂开发方面的应用
6.4.4 固定化酶在环境监测和治理方面的应用
6.4.5 固定化酶技术在能源新技术开发方面的应用
6.4.6 固定化酶技术为生命科学领域的研究提高新的技术手段
6.5 细胞的固定化
6.5.1 固定化细胞的特点
6.5.2 细胞固定化方法
6.5.3 固定化细胞的应用
6.6 原生质体固定化
6.6.1 原生质体固定化的作用
6.6.2 原生质体固定化的基本原理与方法
6.6.3 固定化原生质体的应用
参考文献
7 生物催化介质系统
7.1 概述
7.2 典型的生物催化介质系统
7.2.1 单一的水或缓冲溶液系统
7.2.2 均相水-有机溶剂系统
7.2.3 水-有机溶剂两相系统
7.2.4 乳状液或微乳液系统
7.2.5 微水有机溶剂均相系统
7.2.6 超临界流体系统
7.2.7 离子液体介质系统
7.2.8 无溶剂或寡溶剂反应系统
7.3 非水溶剂的影响及其选择原则
7.3.1 非水溶剂对酶选择性的影响
7.3.2 非水溶剂对酶稳定性的影响
7.3.3 非水溶剂的选择原则
7.4 水活度的影响及其控制方法
7.4.1 酶的柔性与“必需水”
7.4.2 水的活度与酶的活性
7.4.3 水活度缓冲体系
7.5 添加剂对非水相生物催化反应的影响
7.5.1 无机盐类添加剂
7.5.2 有机助溶剂
7.5.3 多醇类添加剂
7.5.4 表面活性剂
7.6 非水介质中酶的活化方法
7.6.1 有机相酶的活力为何不及水相
7.6.2 如何提高有机相中酶的催化活力
7.7 非水相生物催化的主要特征
7.7.1 酶在有机溶剂中的催化活性
7.7.2 酶在有机溶剂中的稳定性
7.7.3 溶剂对酶选择性的调控作用
7.7.4 非水相酶催化的其他特征
7.8 非水介质中脂肪酶催化的手性拆分反应
7.8.1 脂肪酶催化的有机合成反应
7.8.2 外消旋体的拆分方法
7.8.3 脂肪酶的手性识别机理
7.8.4 脂肪酶拆分外消旋体的实例
7.8.5 脂肪酶拆分的工业应用
参考文献
8 酶反应动力学
8.1 酶的基本动力学
8.1.1 Michaelis-Menten方程
8.1.2 Briggs-Haldane改进的米氏方程
8.1.3 米氏方程的意义
8.1.4 米氏方程中K〓、μ〓的测定
8.2 King-Altman法推导酶动力学方程
8.3 酶的抑制动力学
8.3.1 酶的可逆抑制
8.3.2 酶的不可逆抑制
参考文献
9 生物催化反应器
9.1 生物催化反应器概述
9.1.1 生物催化反应器的基本概念
9.1.2 生物反应器的特点
9.1.3 生物反应器的分类
9.1.4 生物反应器的研究内容和发展趋势
9.2 生物反应器设计基础
9.2.1 生物反应器设计的生物学基础
9.2.2 生物反应器中的混合与传热
9.2.3 理想的生物反应器模型
9.3 几种主要的生物反应器介绍
9.3.1 机械搅拌式生物反应器
9.3.2 鼓泡式和气升式生物反应器
9.3.3 自吸式生物反应器
9.3.4 厌氧生物反应器
9.3.5 固态发酵用生物反应器
9.3.6 固定床、流化床生物反应器
9.3.7 膜生物反应器
9.4 生物反应器的设计与放大
9.4.1 生物反应器的设计
9.4.2 生物反应器的放大
参考文献
10 生物催化产品分离工程
10.1 概述
10.1.1 生物催化反应的类型及其产业化简况
10.1.2 生物催化产品分离工程的基本内容
10.2 细胞及不溶性物质的去除
10.2.1 酶反应液或细胞转化液的预处理
10.2.2 固-液分离
10.3 溶剂萃取
10.3.1 溶剂萃取分离的物理化学基础
10.3.2 萃取过程取决于溶剂的特性
10.3.3 萃取过程还取决于水相中溶质的特性
10.3.4 萃取过程的操作方式及计算
10.3.5 离子对/反应萃取
10.4 树脂法
10.4.1 树脂的分类
10.4.2 吸附树脂
10.4.3 离子交换树脂
10.5 膜分离
10.5.1 膜分离技术的类型和定义
10.5.2 膜及其组件
10.5.3 分离机理和膜中迁移方程式
10.5.4 浓差极化和膜污染
10.5.5 膜过滤的应用
10.6 沉淀法
10.6.1 等电点沉淀法
10.6.2 有机溶剂沉淀法
10.6.3 生成盐类复合物的沉淀法
10.7 色层分离法
10.7.1 前言
10.7.2 色层分离法的基本概念
10.7.3 生物小分子产品生产中常用的色层分离法
10.8 液体蒸发
10.8.1 基本概念
10.8.2 常用的浓缩方法和设备
10.9 结晶和重结晶法
10.9.1 结晶
10.9.2 过饱和溶液的形成
10.9.3 晶核的形成
10.9.4 晶体的生长
10.9.5 重结晶
10.9.6 应用实例
10.10 固体干燥
10.10.1 生物材料水分的性质及干燥的原理
10.10.2 干燥速度及其影响因素
10.10.3 干燥工艺的确定和干燥器的选型
10.10.4 生物产品常用的干燥方法
10.11 产品的验证和鉴定
10.11.1 用新工艺生产已知(原有)产品的验证
10.11.2 结构未知的新产品鉴定
参考文献
11 氧化酶
11.1 单加氧酶
11.1.1 C—H键羟化酶
11.1.2 烯烃环氧化酶
11.1.3 Baeyer-Villiger单加氧酶
11.1.4 单加氧酶小结
11.2 双加氧酶
11.2.1 双加氧酶在芳烃代谢中的作用
11.2.2 芳烃双加氧酶的结构、分类及催化的反应类型
11.2.3 芳烃双加氧酶催化的芳烃双羟基化
11.2.4 酶法、化学-酶法获得非寻常顺-二氢二醇对映异构体
11.2.5 芳烃顺-二氢二醇在有机合成中的应用
11.2.6 其他双加氧酶
11.3 过氧化酶
11.3.1 过氧化酶的活性中心结构及反应机理
11.3.2 过氧化酶催化的反应
11.3.3 过氧化酶小结
参考文献
12 还原酶
12.1 手性化合物简介
12.2 生物法还原羰基化合物合成手性仲醇
12.2.1 手性仲醇的用途及合成方法
12.2.2 生物催化羰基不对称还原在手性合成中的应用
12.3 生物法还原羰基化合物的机理
12.4 生物法还原羰基化合物的研究现状
12.4.1 酶源
12.4.2 离体还原酶的反应
12.4.3 整细胞生物还原
参考文献
13 脂肪酶
13.1 脂肪酶的来源与获得
13.1.1 脂肪酶的来源
13.1.2 产脂肪酶微生物的筛选
13.1.3 脂肪酶的发酵生产
13.2 脂肪酶活力的测定
13.2.1 脂肪酶活力测定的底物
13.2.2 底物的乳化
13.2.3 脂肪酶活力的检测方法
13.3 脂肪酶的性质、催化特性、结构和作用机理
13.3.1 不同来源脂肪酶的相对分子质量
13.3.2 不同来源脂肪酶的最适pH和最适温度
13.3.3 脂肪酶活性的影响因子
13.3.4 脂肪酶的界面活化机理
13.3.5 脂肪酶分子结构中的“α/β-水解酶折叠”
13.3.6 脂肪酶催化残基的确定
13.3.7 包括两个四面体中间体的脂肪酶催化反应的机理
13.3.8 脂肪酶催化的反应
13.4 脂肪酶的选择性
13.4.1 脂肪酶的底物选择性
13.4.2 脂肪酸或酰基供体的选择性
13.4.3 区域或位置选择性
13.4.4 立体选择性
13.4.5 非选择性
13.4.6 脂肪酶选择性的分子基础
13.4.7 影响酶选择性的因素
13.5 脂肪酶的工业应用
13.5.1 食品工业、油脂修饰
13.5.2 洗涤剂工业中的应用
13.5.3 皮革生产中的应用
13.5.4 利用脂肪酶拆分手性化合物
13.5.5 可生物降解高分子化合物的合成
参考文献
14 环氧水解酶
14.1 概述
14.1.1 环氧水解酶的生理功能
14.1.2 环氧水解酶的催化机理
14.1.3 一些高选择性的环氧水解酶生产微生物菌株
14.2 环氧水解酶的生产及改造
14.2.1 环氧水解酶的生产
14.2.2 环氧水解酶的基因克隆与定向进化
14.2.3 环氧水解酶的纯化
14.2.4 环氧水解酶的固定化
14.3 环氧水解酶催化反应的区域选择性
14.4 环氧水解酶催化的环氧化物水解
14.4.1 经典动力学拆分
14.4.2 内消旋环氧化物的不对称化
14.4.3 对映会聚水解
14.4.4 非天然亲核试剂
14.5 环氧水解酶生物催化反应器
14.5.1 单一水相催化
14.5.2 两相催化
14.5.3 膜反应器转化
14.6 总结与展望
参考文献
15 糖苷酶及其在合成反应中的应用
15.1 糖苷酶的介绍
15.1.1 糖苷酶的研究进展
15.1.2 糖苷酶的分类
15.1.3 糖苷酶的命名和底物专一性
15.1.4 糖苷酶的作用机制
15.2 糖苷酶在合成反应中的应用
15.2.1 糖苷类化合物的简介
15.2.2 糖苷化合物的生产方法
15.2.3 糖苷酶合成糖苷化合物
15.3 糖苷酶的合成反应
15.3.1 逆水解反应
15.3.2 转糖苷化反应
15.3.3 新型体系中的糖苷化反应
15.3.4 糖苷化反应的区域选择性
15.4 酶法扩大生产糖苷化合物
15.4.1 衡量比较各种生产方法的标准
15.4.2 用于糖苷化反应的生物反应器
15.4.3 糖苷化反应产物的下游处理
15.4.4 糖苷化反应工业生产的成本评估
参考文献