生物催化劑與酶工程

前言

生物技術(shù)是生物系統(tǒng)整體或部分的技術(shù)性應(yīng)用，是一種為滿足人類需求而提供的產(chǎn)品和服務(wù)。與其他技術(shù)不同，生物技術(shù)能夠以一種可持續(xù)的方式來滿足人類的需求。在大多數(shù)情況下，它的過程采用可再生的原材料和系統(tǒng)，所有副產(chǎn)品都可再次循環(huán)利用，故可認為這些過程是無廢棄物的。就生物技術(shù)而言，通過自然科學(xué)和工程科學(xué)的發(fā)展來進行過程設(shè)計仍然是個挑戰(zhàn)，畢竟生物技術(shù)是一個源于生物學(xué)、化學(xué)和過程工程等學(xué)科相交叉的領(lǐng)域。除了各學(xué)科的基礎(chǔ)知識外，生物技術(shù)的必需教育還包括更深層次的生物技術(shù)知識，這些知識有助于對整個領(lǐng)域有一個全面的認識，并更為深入地了解生物技術(shù)的各個方面。不同材料的生物技術(shù)生產(chǎn)可以利用活細胞以發(fā)酵罐的形式進行(微生物技術(shù))，也可以以酶(游離酶或全細胞)的形式，也就是以生物催化的形式進行。實際上，最近幾年生物催化已經(jīng)有所發(fā)展，并形成了生物技術(shù)中的一個領(lǐng)域，即大家所熟知的酶技術(shù)／應(yīng)用生物催化。本書的目的是幫助讀者對酶技術(shù)／應(yīng)用生物催化有更為深入的了解，并特別強調(diào)以下幾個問題：對酶作為生物催化劑，在宏觀生物學(xué)、細胞生物學(xué)和分子生物學(xué)中的一體化知識的全面認識；溶液中催化作用和分子反應(yīng)的物理化學(xué)特性；多相體系和相間邊界；物理學(xué)傳質(zhì)過程。還包括基于以上自然學(xué)科的酶技術(shù)與化學(xué)過程、過程工程之間的內(nèi)部關(guān)系。在工業(yè)酶生產(chǎn)興起不到一個世紀(jì)的時間內(nèi)，酶技術(shù)和其產(chǎn)品的重要性穩(wěn)步提升。為滿足日常生活所需，酶在材料生產(chǎn)工業(yè)中發(fā)揮著重要的作用。實際上，酶的應(yīng)用涵蓋了食品(如面包、奶酪、果汁、啤酒)的生產(chǎn)、制藥業(yè)和精細化工、皮革和紡織品的生產(chǎn)以及在環(huán)境工程中的應(yīng)用。為滿足新產(chǎn)品生產(chǎn)的需求，例如新開發(fā)的立體純藥物的制備和精細化工，迫切要求生物催化和酶技術(shù)進一步發(fā)展。此外，對現(xiàn)有產(chǎn)品實現(xiàn)可持續(xù)生產(chǎn)流程的研發(fā)同樣重要。本書第1章對此進行了詳細闡述。酶作為催化劑在生物技術(shù)中至關(guān)重要，猶如核酸作為基因信息載體所起的作用。酶可以作為獨立催化劑應(yīng)用表明了它的重要性，本書第2章對該專題進行了說明。而在分子水平和動力學(xué)水平上對酶的描述和分析，對酶催化過程的闡釋及合理設(shè)計是必需的。酶還可以進行雙向催化，該特性可應(yīng)用于快速、高產(chǎn)率反應(yīng)終點的選擇，酶促反應(yīng)的熱力學(xué)性質(zhì)和酶本身的特性也應(yīng)一并考慮。同時，為了衡量酶的應(yīng)用在經(jīng)濟上的可行性，必須通過計算底物單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)化所需的酶量來確定酶耗，第2章還強調(diào)了生物催化的定量計算。當(dāng)酶耗過高時可通過提高酶的產(chǎn)量來減少成本，該專題在第3章中有所說明(本書第4章)。

內(nèi)容概要

生物催化劑和酶工程是生物工程的重要研究和應(yīng)用領(lǐng)域，本書將為讀者帶來人類應(yīng)用生物催化劑的歷史，酶的催化原理、動力學(xué)、產(chǎn)量、循環(huán)、特性以及設(shè)計方法等知識。不僅涵蓋了常用的可溶性酶，也著重介紹了新式的固定化酶在有機合成、生物反應(yīng)器設(shè)計和反應(yīng)工程中的應(yīng)用。每一章都有大量的應(yīng)用實例，章末還設(shè)有習(xí)題以幫助讀者更好地學(xué)習(xí)這門令人興奮的學(xué)科?！　”緯m合于生物化學(xué)、生物催化工程、發(fā)酵生產(chǎn)等領(lǐng)域的研究者和技術(shù)人員使用。

作者簡介

作者：(德國)K.布赫霍爾茨 (德國)V.卡謝 (德國)U.T.博恩舒爾 譯者：魏東芝 馬昱澍 馬興元

書籍目錄

前言1　酶技術(shù)簡介　1.1　引言　　1.1.1　什么是生物催化劑　1.2　生物技術(shù)生產(chǎn)工藝的目的與潛能　1.3　酶技術(shù)與應(yīng)用生物催化的歷史節(jié)點　　1.3.1　早期發(fā)展　　1.3.2　19世紀(jì)90年代的科學(xué)進展：生物化學(xué)的典范；應(yīng)用中走向成功　　1.3.3　20世紀(jì)50年代后的發(fā)展　1.4　生物技術(shù)過程：游離酶或胞內(nèi)酶作為生物催化劑的應(yīng)用　1.5　以酶為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程的優(yōu)點與缺點　1.6　新的以及改進的酶工藝的目的和系統(tǒng)基本特征　　1.6.1　目的　　1.6.2　酶工藝過程的合理設(shè)計系統(tǒng)的基本特征　　1.6.3　酶技術(shù)的使用現(xiàn)狀和展望　1.7　練習(xí)2　酶作為生物催化劑的基礎(chǔ)知識　2.1　引言　2.2　酶的分類　2.3　酶的合成與結(jié)構(gòu)　2.4　酶的功能及其催化機制　2.5　自由能變化與酶催化反應(yīng)的特異性　2.6　酶催化的平衡控制和動力學(xué)控制的反應(yīng)　2.7　酶催化反應(yīng)動力學(xué)　　2.7.1　酶催化反應(yīng)動力學(xué)性質(zhì)和選擇性的定量關(guān)系　　2.7.2　水深液中k、K對pH、溫度、抑制劑、激活劑和離子強度的依賴性和選擇性　2.8　酶反應(yīng)終點和給定時間內(nèi)到達終點所需酶量　　2.8.1　產(chǎn)率的濕度依賴性　　2.8.2　終點產(chǎn)率的pH依賴性　　2.8.3　外消旋物動力學(xué)分解反應(yīng)的終點　2.9　微溶性產(chǎn)物和底物的酶催化過程　　2.9.1　水懸液中的酶催化過程　　2.9.2　在產(chǎn)物和底物可溶（酶懸?。┑姆浅Ｒ?guī)溶劑中的酶催化過程　2.10　酶的穩(wěn)定性、變性和復(fù)性　2.11　通過自然進化、體外進化或理性酶工程得到的更好的酶　　2.11.1　自然進化引起的酶性質(zhì)的改變　　2.11.2　通過體外進化提高酶性質(zhì)的方法　　2.11.3　理性酶工程　　2.11.4　生物合成（催化抗體）或化學(xué)合成（合成酶）的新酶　2.12　練習(xí)3　有機化學(xué)中的酶　3.1　引言　　3.1.1　動力學(xué)拆分或不對稱合成　3.2　實例分析　　3.2.1　氧化還原酶（EC1）　　3.2.2　水解酶（EC3.1）　　3.2.3　裂合酶（EC4）　3.3　練習(xí)4　酶的生產(chǎn)與純化　4.1　引言　4.2　酶源　　4.2.1　動物和植物組織　　4.2.2　野生型微生物　　4.2.3　重組微生物　4.3　酶產(chǎn)量的提高　　4.3.1　影響酶產(chǎn)量的過程　4.4　提高周質(zhì)酶和胞外酶產(chǎn)量　　4.4.1　青霉素酰化酶　　4.4.2　脂肪酶　4.5　酶的下游處理　　4.5.1　工業(yè)用酶　　4.5.2　用于治療和診斷的酶　4.6　練習(xí)5　酶在溶液中的應(yīng)用：可深酶和酶系統(tǒng)　5.1　引言及應(yīng)用領(lǐng)域　　5.1.1　遺傳工程的影響　　5.1.2　培養(yǎng)基的設(shè)計　　5.1.3　安全問題　5.2　時空產(chǎn)率和生產(chǎn)效率　5.3　酶在溶液中的應(yīng)用例子　　5.3.1　概論　　……6　酶的固定化及其應(yīng)用7　微生物和細胞的固定化8　固定化生物催化劑的特性9　反應(yīng)器及過程技術(shù)附錄A　生物技術(shù)信息世界：反應(yīng)信息行為的8個要素附錄B　符號索引

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

《生物催化劑與酶工程》適合于生物化學(xué)、生物催化工程、發(fā)酵生產(chǎn)等領(lǐng)域的研究者和技術(shù)人員使用。

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