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本书在编排上结合酶工程的特点，力求反映近年来酶工程领域内涉及的新理论和新进展，系统地介绍了酶的分类和命名、酶的来源和生产、酶催化原理、酶催化反应动力学等酶工程基础知识，阐述了酶的固定化技术和应用、酶的化学修饰和生物改造的原理和应用、酶工程的新进展，着重介绍了核酶、抗体酶、模拟酶以及非水介质中的酶催化反应，*后介绍了酶工程的应用。

本书可作为高等院校生物工程、发酵工程、食品科学和工程、生命科学、生物技术、制药工程等专业的教材使用，也可作为与生物工程有关的科研、设计和工厂的工程技术人员参考用书。

目录

1绪论1

11酶与生命1

12酶工程5

2酶工程基础7

21酶的分类和命名7

211国际系统分类法7

212国际系统命名法14

213习惯名或常用名14

22酶的化学本质、来源和生产14

221酶的组成和化学本质14

222辅助因子和辅酶15

223酶的结构15

224酶的活性中心16

225单体酶、寡聚酶、多酶复合体和多

酶融合体17

226酶的来源和生产21

23酶催化原理31

231酶催化反应的特点31

232酶催化作用的机制35

24酶催化反应动力学42

241简单酶催化反应动力学43

242多底物酶催化反应动力学51

243酶催化反应的抑制动力学54

3酶的固定化和固定化酶反应动力学66

31酶的固定化66

311固定化酶的定义66

312固定化酶的制备方法67

32辅酶的固定化75

321辅基的固定化75

322辅酶的固定化76

323辅酶的再生77

33固定化酶催化反应动力学78

331固定化对酶活性及酶反应系统的

影响78

332固定化酶反应动力学81

4酶反应器的设计和放大92

41酶反应器92

411搅拌罐式反应器92

412填充床式反应器93

413流化床反应器94

414鼓泡式反应器94

415膜反应器94

416喷射式反应器95

42酶反应器的选择95

421根据酶的应用形式选择反应器96

422根据酶反应动力学性质选择反

应器96

423根据底物酶反应动力学性质选择

反应器97

43酶反应器的设计97

44酶反应器的放大100

441经验放大法100

442其它放大101

45酶反应器的操作103

5酶的分子修饰和改造106

51酶的化学修饰106

511酶的化学修饰的基本原理106

512酶的化学修饰方法学107

52酶蛋白分子侧链的修饰108

521羧基的化学修饰108

522氨基的化学修饰109

523胍基的化学修饰110

524巯基的化学修饰110

525组氨酸咪唑基的修饰112

526色氨酸吲哚基的修饰112

527酪氨酸残基和脂肪族羟基的

修饰113

528甲硫氨酸甲硫基的修饰113

53酶的表面化学修饰114

531有机大分子对酶的化学修饰114

532小分子物质对酶的化学修饰121

533修饰剂对酶修饰的影响122

54酶蛋白分子的亲和修饰123

541亲和标记123

542外生亲和试剂与光亲和标记124

55酶的化学交联125

56修饰酶的性质及特点126

57酶的生物法改造130

571酶分子定向进化的基本原理130

572酶分子定向进化的基本策略131

573酶分子定向进化的应用和展望133

6核酶与脱氧核酶134

61核酶的催化类型135

611Ⅰ型内含子的自我剪接135

612异体催化剪切型136

613自体催化剪切型137

62天然核酶137

621锤头形核酶137

622发夹形核酶138

623蛋白质RNA复合酶139

624组Ⅰ内含子和组Ⅱ内含子140

63脱氧核酶141

6311023脱氧核酶141

632817脱氧核酶141

633手枪形脱氧核酶142

634“二分”型结构脱氧核酶142

635环状结构脱氧核酶142

64核酶或脱氧核酶的应用143

7抗体酶145

71抗体的结构145

72抗体酶的设计146

721以过渡态类似物免疫为基础的抗体

酶设计146

722工程抗体催化147

73抗体酶的筛选和选择147

74抗体酶的制备方法149

741拷贝法149

742引入法150

743诱导法150

744抗体与半抗原互补法151

745熵阱法151

746多底物类似物法152

747抗体库法152

75抗体酶催化的反应153

76抗体酶的应用和发展前景156

761抗体酶用于阐明化学反应机制156

762抗体酶在有机合成中的应用156

763抗体在疾病治疗过程中的应用158

8模拟酶161

81模拟酶的分类161

811主客体酶模型161

812胶束模拟酶162

813肽酶163

814半合成酶163

82印迹酶164

821分子印迹原理164

822分子印迹聚合物的制备方法166

823分子印迹酶168

83环糊精模拟酶171

831环糊精的结构171

832α胰凝乳蛋白酶的模拟173

833核糖核酸酶的模拟173

834转氨酶的模拟174

84冠醚化合物的模拟酶174

841水解酶的模拟174

842肽合成酶的模拟175

85超氧化物歧化酶的模拟175

851Cu，ZnSOD活性中心的模拟175

852SOD的功能模拟176

86模拟酶研究进展176

9非水介质中的酶催化反应178

91非水介质反应体系178

92酶在非水介质中的性质180

921热稳定性180

922底物专一性181

923对映体选择性182

924区域选择性182

925化学键选择性182

926pH记忆182

93非水介质反应体系中有机溶剂对酶催化

反应的影响183

931有机溶剂对酶的结合水的影响183

932有机溶剂对酶结构的影响184

933有机溶剂对底物和产物的影响184

934有机溶剂对酶选择性的影响184

94水对非水介质中酶催化的影响185

941必需水185

942水对酶催化反应速度的影响186

943水活度188

944水对酶活性的影响190

95非水介质中的酶催化反应类型191

951C—O键的形成191

952C—N键的反应192

953C—C键的形成193

954还原反应193

955氧化反应194

956异构化反应194

957C—X的反应194

96非水介质酶催化的应用195

961光学活性化合物的制备195

962旋光性聚合物的合成196

10应用酶工程199

101淀粉酶200

1011α淀粉酶200

1012β淀粉酶200

1013葡萄糖淀粉酶202

1014异淀粉酶202

102蛋白酶204

103脂肪酶206

104青霉素酰化酶与半合成抗生素207

105淀粉酶、葡萄糖异构酶与果葡糖浆

的生产210

106酶法生产L氨基酸212

1061DL氨基酸的酶法拆分212

1062酶法合成L天冬氨酸213

1063酶法生产L丙氨酸213

107酶法生产有机酸213

1071酶法合成L苹果酸213

1072酶法合成L酒石酸214

1073酶法合成长链二羧酸214

1074用酶水解腈生产相应有机酸214

108手性化合物的酶法合成和拆分215

1081手性化合物的酶法合成216

1082手性化合物的酶法拆分221

109酶与生物传感器225

1010酶在物质分析检测方面的应用227

10101单酶反应分析227

10102多酶偶联反应分析228

10103酶标免疫分析228

1011用于疾病诊断和治疗的酶231

10111用于疾病诊断的酶231

10112用于疾病治疗的酶232

1012靶酶及酶标药物233

11酶工程发展展望234

111新酶的发现234

112天然酶的改造235

113仿生酶的研究236

114酶应用范围的扩大237

115新应用领域中酶催化动力学的研究238

参考文献239

无

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前言

前言

生物工程正在成为发展快、应用广、潜力、竞争为激烈的领域之一，也是有希望取得关键性突破的学科之一，它与人们日常生活、经济和社会的关系密切，并且已经渗透到工程科学、物理、化学、数学、管理科学、经济学、人文科学等几乎所有的学科。而生物工程产业作为一个正在崛起的主导性产业，已成为产业结构调整的战略重点和新的经济增长点，将成为我国赶超世界发达国家生产力水平，实现后发优势和跨越式发展有前途、有希望的领域。

作为生物工程重要组成部分的酶工程同样在迅猛发展。酶工程是酶学和工程学相互渗透结合并发展而形成的一门新的技术科学，是酶学、微生物学的基本原理与化学工程等有机结合而产生的边缘学科，作为生物工程中必不可少的重要组成部分，不但受到业内的广泛重视，也日益受到其它各领域内研究者的普遍关注。作为生物催化剂的酶具有催化专一性好、效率高、作用条件温和等优点，已广泛应用于医药、食品、轻工、化工、能源、环保、检测、生物技术等领域，深刻影响着许多重要的科学和实践领域。随着人类基因组计划的完成及许多重要动物、植物和微生物基因组的确定，可以预料，今后将有更多的酶被鉴别，并出现一批基因工程表达的酶制剂，酶的许多特殊功能将被发现。同时也可以预见，蛋白质工程为酶的性质改造和赋予新的功能提供了有力的工具，人们有理由期待，酶工程将在新世纪中大放异彩。

我国自1998年在生物化工（部分）、微生物制药、生物化学工程（部分）、发酵工程等专业的基础上设置生物工程专业以来，相关的教学和科学研究取得了迅猛发展。据不完全统计，截至2003年全国已有148所高校设立生物工程专业，本科生招生数已经超过14000人。由于教学的需要，迫切需要有一本适合生物工程及相关专业使用的酶工程教材。浙江大学1988年以来一直在生物化工、生物工程等相关专业开设“酶工程”课程，并编写《酶工程》讲义。为了满足教学、科研和生产的需要，结合多年来的教学体会，对原讲义进行多次修改、增删后形成本书。本书在编排上结合酶工程的特点，系统地介绍了酶的分类和命名、酶的来源和生产、酶催化原理、酶催化反应动力学等酶工程基础知识，阐述了酶的固定化技术和应用、酶的化学修饰和生物改造的原理和应用、酶工程的新进展，系统地介绍了核酶、抗体酶、模拟酶以及非水介质中的酶催化反应，后对酶工程的应用进行了分析，并力求反映近年来酶工程领域内涉及的新理论和新进展。

本书由浙江大学梅乐和教授和岑沛霖教授、浙江大学宁波理工学院金志华副教授、浙江工业大学应国清教授、浙江理工大学盛清副教授等共同编写。编写过程中得到了许多人士的关心和帮助，并被浙江省教育厅列为浙江省高校重点教材，在诸多方面给予支持，书中参考了许多学者的相关著作，在此一并表示感谢。

鉴于编者水平有限，书中难免会有错误或不妥之处，恳请读者不吝赐教，提出宝贵意见。

编者2005年于杭州西子湖畔

书籍介绍

本书在编排上结合酶工程的特点，力求反映近年来酶工程领域内涉及的新理论和新进展，系统地介绍了酶的分类和命名、酶的来源和生产、酶催化原理、酶催化反应动力学等酶工程基础知识，阐述了酶的固定化技术和应用、酶的化学修饰和生物改造的原理和应用、酶工程的新进展，着重介绍了核酶、抗体酶、模拟酶以及非水介质中的酶催化反应，最后介绍了酶工程的应用。

　　本书可作为高等院校生物工程、发酵工程、食品科学和工程、生命科学、生物技术、制药工程等专业的教材使用，也可作为与生物工程有关的科研、设计和工厂的工程技术人员参考用书。