生命的催化剂:酶工程

酶的礼赞

掀起酶的"盖头"来

酶是蛋白质

酶的"八封阵"

生物催化剂

活性中心

"一把钥匙开一把锁"

酶为什么力大无比

红花还需绿叶辅

如何善待酶

"看菜下饭"的酶

温柔的"刀"

异曲同工的酶

按需生产的酶

酶的大名

关于酶的历史档案

酶从朦胧中走来

揭示胃消化的秘密

走向商业生产

酶的故乡在哪里

寻找酶的大本营

让酶成为"出水的芙蓉"

人类为什么离不开酶

酶与生命同行

享受美食佳肴要靠酶

吃的是草，挤出来的是奶

酶帮助我们制作更精美的面包

让我们的生活更加甜蜜

从蛋清制备蛋粉

吃肉还是嫩的好

酶、酒和人类之间的不解之缘

牛奶品质的"监督员"

让酶来告诉我们水果蔬菜的品质

受伤的苹果为什么变成了褐色

澄清的果汁是如何制成的

请酶来保护你的牙齿

酶对皮革的情结

将丝绸文化发扬光大

酶与纺织

石磨牛仔裤

洗衣服的好帮手

跑不掉的酶--固定化酶

把根留住

工业生产中建功勋

固定化酶的医学用途

与细胞共命运

酶法分析和酶传感器

看病吃药离不开酶

五花八门的酶疗法

能摧毁细菌最坚硬防线的酶

磺胺药物与酶

青霉素的弟兄们

降脂减肥似"打靶"

寻找高效低毒的抗炎消痛药

欲知衰老和癌症，请问端粒酶

会看病的酶

让地球永远绿色

酶的绿色奉献

酶是解决工业污染问题的绿色途径

治理废水显身手

设计无公害的农药

酶中的另类

"火山敢上，冰海敢下"--极端酶

离开水环境，开创新天地

不是蛋白质的酶

基因工程中建功勋

基因病和酶

将基因工程进行到底

"长眼睛"的分子"剪刀"和"针线"

DNA链的复制工作者

能改变遗传信息流向的酶

酶的未来不是梦

"乔装打扮"的酶

让酶"改头换面"

能杂交的酶

人工模拟酶的梦想

诞生于抗体家族的酶

让纤维素焕发青春

开采石油和天然气的酶

生物固氮建功勋

生命科学已成为前沿学科之一，其应用与人们的日常生活越来越密切，并将更深层次地挑战人的价值观和世界观。基因、DNA、基因工程、基因技术、生物技术、人类基因组计划、水稻基因组等等不仅是科学家关心的主题，也成为普通百姓谈论的热门话题。以基因科学和基因技术为核心的生物技术领域的一系列进展，正在将人类引向生物经济(bioeconomics)的崭新时代。21世纪，基因科技将压倒包括信息科技在内的其他所有科技。信息技术已在20世纪给我们带来了一次伟大的革命，而对DNA的理解将使我们在21世纪经受一次人类自身进化的风暴。这方面的知识以及由此孕育出的技术将是一场影响更为深远的革命。美国的BT(生物技术)现已超过IT(信息技术)。在世界大多数国家中，无论目前这方面发展的情况如何，BT超过IT都只是时间问题。我们深信，通读这套书占用不了大家很多时间，但带给大家的启示会很多。这对于刚踏进科学殿堂的年轻学子们更是如此。《生命的催化剂::酶工程》使您懂得整个生态系统离不开酶。该丛书不仅能使您获取生命科学的知识，而且可以了解生命科学发展的规律。该套丛书设计的读者对象是具有中学以上文化程度的各界人士，我们力求用通俗的语言来阐释科学现象，在通俗易懂的前提下力求概念表述正确。这一要求对于习惯于写学科论文和学术著作的教师和研究人员来说并非易事。写一篇为读者所接受的高质量科普作品，其难度一点不亚于写一篇高科技含量的学术论文。该丛书的作者大多数是第一次进行科普创作，尽管我们做了很大的努力，但肯定有许多不尽人意的地方，希望能听到读者中肯的意见，以便再版时让读者得到更满意的精神食粮。这套丛书的出版如能对提高国民的科学素质发挥一点作用的话，将是编者最大的心愿。

生物催化剂和酶工程是生物工程的重要研究和应用领域，本书将为读者带来人类应用生物催化剂的历史，酶的催化原理、动力学、产量、循环、特性以及设计方法等知识。不仅涵盖了常用的可溶性酶，也着重介绍了新式的固定化酶在有机合成、生物反应器设计和反应工程中的应用。每一章都有大量的应用实例，章末还设有习题以帮助读者更好地学习这门令人兴奋的学科。

本书适合于生物化学、生物催化工程、发酵生产等领域的研究者和技术人员使用。

前言

1 酶技术简介

1.1 引言

1.1.1 什么是生物催化剂

1.2 生物技术生产工艺的目的与潜能

1.3 酶技术与应用生物催化的历史节点

1.3.1 早期发展

1.3.2 19世纪90年代的科学进展:生物化学的典范;应用中走向成功

1.3.3 20世纪50年代后的发展

1.4 生物技术过程:游离酶或胞内酶作为生物催化剂的应用

1.5 以酶为基础的生产过程的优点与缺点

1.6 新的以及改进的酶工艺的目的和系统基本特征

1.6.1 目的

1.6.2 酶工艺过程的合理设计系统的基本特征

1.6.3 酶技术的使用现状和展望

1.7 练习

2 酶作为生物催化剂的基础知识

2.1 引言

2.2 酶的分类

2.3 酶的合成与结构

2.4 酶的功能及其催化机制

2.5 自由能变化与酶催化反应的特异性

2.6 酶催化的平衡控制和动力学控制的反应

2.7 酶催化反应动力学

2.7.1 酶催化反应动力学性质和选择性的定量关系

2.7.2 水溶液中pH、温度、抑制剂、激活剂和离子强度的依赖性和选择性

2.8 酶反应终点和给定时间内到达终点所需酶量

2.8.1 产率的温度依赖性

2.8.2 终点产率的pH依赖性

2.8.3 外消旋物动力学分解反应的终点

2.9 微溶性产物和底物的酶催化过程

2.9.1 水悬液中的酶催化过程

2.9.2 在产物和底物可溶(酶悬浮)的非常规溶剂中的酶催化过程

2.10 酶的稳定性、变性和复性

2.11 通过自然进化、体外进化或理性酶工程得到的更好的酶

2.11.1 自然进化引起的酶性质的改变

2.11.2 通过体外进化提高酶性质的方法

2.11.3 理性酶工程

2.11.4 生物合成(催化抗体)或化学合成(合成酶)的新酶

2.12 练习

3 有机化学中的酶

3.1 引言

3.1.1 动力学拆分或不对称合成

3.2 实例分析

3.2.1 氧化还原酶(EC1)

3.2.2 水解酶(EC3.1 )

3.2.3 裂合酶(EC4)

3.3 练习

4 酶的生产与纯化

4.1 引言

4.2 酶源

4.2.1 动物和植物组织

4.2.2 野生型微生物

4.2.3 重组微生物

4.3 酶产量的提高

4.3.1 影响酶产量的过程

4.4 提高周质酶和胞外酶产量

4.4.1 青霉素酰化酶

4.4.2 脂肪酶

4.5 酶的下游处理

4.5.1 工业用酶

4.5.2 用于治疗和诊断的酶

4.6 练习

5 酶在溶液中的应用:可溶酶和酶系统

5.1 引言及应用领域

5.1.1 遗传工程的影响

5.1.2 培养基的设计

5.1.3 安全问题

5.2 时空产率和生产效率

5.3 酶在溶液中的应用例子

5.3.1 概论

5.3.2 淀粉加工

5.3.3 范例和前景

5.4 膜系统和工艺

5.5 练习

5.5.1 练习1:用转化酶生产转化糖

5.5.2 练习2:不同条件下酶失活计算

5.5.3 练习3:用青霉素酰胺酶水解青霉素

6 酶的固定化及其应用

6.1 原理

6.1.1 固定化的参数

6.2 载体

6.2.1 无机载体

6.2.2 多糖

6.2.3 合成聚合物

6.3 结合方法

6.3.1 I吸附

6.3.2 共价结合

6.4 例子:固定化酶的应用

6.4.1 碳水化合物的水解与修饰

6.4.2 青霉素和头孢菌素的合成和水解

6.4.3 其他工艺

6.5 练习

6.5.1 酶固定化在离子交换器上

7 微生物和细胞的固定化

7.1 引言

7.1.1 基本观点

7.2 通过聚集作用和絮凝作用固定化

7.3 包埋固定化

7.3.1 在多聚网格中的包埋

7.3.2 离子化凝胶中的包埋

7.4 吸附

7.5 黏附

7.5.1 基本思路

7.5.2 应用

7.6 展望:设计的细胞

7.7 练习

7.7.1 用藻酸钙包埋酵母菌用于乙醇生产

7.7.2 厌氧流化床反应器的特点

8 固定化生物催化剂的特性

8.1 引言

8.2 影响固定化生物催化剂时空产率的因素

8.3 固定化生物催化剂的效力因子

8.4 传质与反应

8.4.1 固定化生物催化剂最大反应速率与颗粒半径的函数关系

8.4.2 效力因子和颗粒内外浓度分布曲线计算

8.5 时空产率和不同反应器的效力因子

8.5.1 连续搅拌反应器

8.5.2 填料床反应器(PB)或间歇搅拌反应器

8.5.3 CsT与PB反应器的比较

8.6 固定化生物催化剂基本性质的测定

8.6.1 物理一化学性质

8.6.2 固定化生物催化剂的动力学性质;水系和其他体系中支持物性质在纳米或微米

水平上的影响

8.6.3 反应条件下的生产能力和稳定性

8.7 固定化生物催化剂计算数据与实验数据的比较

8.8 水悬浮液中固定化生物催化剂在酶反应过程中的应用

8.9 改善固定化生物催化剂的效能

8.10 练习

9 反应器及过程技术

9.1 反应器类型

9.1.1 基本反应器类型及物料平衡

9.1.2 其他反应器类型和结构:应用实例

9.2 实例学习1:由头孢菌素C催化生产7-ACA

9.2.1 生产-内酰胺抗生素的酶催化过程

9.2.2 7-ACA的生产过程

9.2.3 从头孢菌素c到7-ACA的转换

9.2.4 反应特征及确定限制因素

9.2.5 酶的特性及其限制因素

9.2.6 过程选择的评估

9.3 反应器中的停留时间分布、混合、压降和质量传递

9.3.1 放大，无因次数

9.3.2 停留时间分布

9.3.3 搅拌式反应器中的混合

9.3.4 反应器中的质量传递

9.3.5 管式反应器中的压降和流化

9.4 过程技术

9.4.1 概述

9.4.2 实例学习2:高果糖浆的生产

9.4.3 反应器设备

9.4.4 展望:对集成化过程工程的一点看法

9.5 练习

9.5.1 实例学习2相关习题

9.5.2 混合与搅拌相关习题

附录A 生物技术信息世界:反应信息行为的8个要素

附录B 符号

索引