生物催化劑工程：原理及應用

第1章緒論/1
1.1生物加工與生化工程1
1.2生物催化工程2
1.2.1生物催化工程的學科背景2
1.2.2生物催化工程的內涵與外延2
1.2.3我國生物催化發(fā)展概況5
1.3生物催化在手性合成中的應用8
1.3.1生物催化的不對稱氧化還原11
1.3.2水解酶催化的對映選擇性合成14
1.4工業(yè)生物催化發(fā)展動態(tài)及名家觀點15
1.4.1生物催化的最新技術進展16
1.4.2生物催化的成功實例20
1.4.3生物催化的未來21
參考文獻/24
第2章生物催化劑的發(fā)現(xiàn)/27
2.1概述27
2.1.1生物催化劑的基本概念27
2.1.2生物催化劑的來源與多樣性27
2.2生物催化劑的發(fā)現(xiàn)和篩選28
2.2.1生物催化劑篩選的一般策略30
2.2.2建立有效和方便的篩選分析方法31
2.2.3生物催化劑的發(fā)現(xiàn)和篩選途徑32
2.3總結與展望39
參考文獻/39
第3章生物催化劑的改造/41
3.1概述41
3.2生物催化劑的理性設計42
3.2.1理性設計的工具42
3.2.2理性設計的目標44
3.2.3融合蛋白質46
3.2.4模擬計算的最新進展46
3.2.5小結與展望47
3.3生物催化劑的定向進化47
3.3.1定向進化的方法48
3.3.2親本酶的選擇55
3.3.3不同策略決定進化路徑55
3.3.4生物催化劑的高通量篩選56
3.3.5小結與展望57
3.4理性設計與定向進化的組合應用57
3.4.1理性設計與定向進化的組合——半理性設計58
3.4.2不同進化方向采用不同策略59
參考文獻/60
第4章酶的高通量篩選方法/63
4.1概述63
4.2氧化還原酶的高通量篩選方法64
4.2.1脫氫酶64
4.2.2氧化酶類66
4.2.3加氧酶68
4.2.4漆酶71
4.3轉氨酶的高通量篩選方法72
4.3.1基于底物和產物性質的篩選方法72
4.3.2基于NAD(P)H再生的篩選方法73
4.3.3pH指示法73
4.4水解酶的高通量篩選方法74
4.4.1使用顯色底物直接測定74
4.4.2pH 指示劑——偶合反應間接測定法74
4.4.3選擇性的估算和測定78
4.5總結84
參考文獻/84
第5章酶和細胞的固定化/90
5.1生物催化劑固定化技術的出現(xiàn)及發(fā)展90
5.1.1游離酶的缺陷90
5.1.2酶固定化技術的出現(xiàn)及發(fā)展90
5.1.3細胞固定化技術的出現(xiàn)及發(fā)展91
5.2固定化生物催化劑的命名及形式91
5.3固定化生物催化劑制備的原則92
5.4固定化酶的制備方法93
5.4.1非共價載體結合法93
5.4.2共價載體結合法95
5.4.3包埋法97
5.4.4無載體固定化法99
5.4.5組合固定化100
5.4.6酶固定化方法的優(yōu)缺點100
5.5固定化酶的性質100
5.5.1酶活性101
5.5.2穩(wěn)定性101
5.5.3固定化酶最適溫度的變化102
5.5.4固定化酶最適pH的變化102
5.5.5底物專一性102
5.5.6固定化酶的優(yōu)缺點103
5.6細胞的固定化103
5.6.1固定化細胞的特點103
5.6.2細胞固定化方法105
5.7固定化生物催化劑的應用107
5.7.1固定化催化劑在工業(yè)生產中的應用107
5.7.2固定化酶在酶傳感器中的應用110
5.7.3固定化酶在臨床檢驗方面的應用110
參考文獻/110
第6章單加氧酶/112
6.1細胞色素P450單加氧酶112
6.1.1細胞色素P450單加氧酶的結構分類112
6.1.2細胞色素P450單加氧酶的羥化反應催化機理114
6.1.3細胞色素P450單加氧酶的性質表征114
6.1.4細胞色素P450單加氧酶的分子改造116
6.1.5細胞色素P450單加氧酶催化的反應117
6.2黃素依賴的單加氧酶121
6.2.1黃素依賴型單加氧酶的分類121
6.2.2黃素依賴型單加氧酶的催化機理122
6.2.3黃素依賴型單加氧酶催化的反應123
6.3非血紅素單加氧酶124
6.3.1甲烷單加氧酶124
6.3.2ω羥化酶系統(tǒng)125
6.4總結126
參考文獻/126
第7章還原酶/132
7.1生物催化還原反應132
7.2羰基的不對稱還原132
7.2.1生物催化羰基不對稱還原的機理132
7.2.2輔酶的再生134
7.2.3羰基還原酶的發(fā)現(xiàn)及改造137
7.2.4生物催化羰基不對稱還原反應的應用139
7.3還原氨化反應142
7.4羧酸的還原143
7.5碳碳雙鍵的還原145
7.6總結147
參考文獻/147
第8章脂肪酶/酯酶/156
8.1脂肪酶/酯酶簡介156
8.2脂肪酶/酯酶的結構分類157
8.2.1脂肪酶/酯酶的結構157
8.2.2脂肪酶/酯酶的分類157
8.3脂肪酶/酯酶的催化機理160
8.4脂肪酶/酯酶的分子改造160
8.5脂肪酶/酯酶的合成應用162
8.5.1手性醇的合成162
8.5.2手性酸的合成163
8.5.3手性胺的合成164
8.6脂肪酶/酯酶的典型應用案例165
8.6.1普瑞巴林的合成165
8.6.2地爾硫中間體的合成166
參考文獻/167
第9章環(huán)氧水解酶/172
9.1概述172
9.2環(huán)氧水解酶的生理功能172
9.2.1哺乳動物環(huán)氧水解酶的生理功能173
9.2.2植物、昆蟲、微生物環(huán)氧水解酶的生理功能174
9.3環(huán)氧水解酶的結構分類及催化機理175
9.3.1環(huán)氧化物的開環(huán)反應175
9.3.2α/β折疊環(huán)氧水解酶的結構及催化機理175
9.3.3LEH類環(huán)氧水解酶的結構及催化機理177
9.3.4白三烯A4水解酶的結構及催化機理178
9.4環(huán)氧水解酶的性質表征179
9.4.1環(huán)氧水解酶的純化及生化性質表征179
9.4.2環(huán)氧水解酶催化反應的區(qū)域選擇性179
9.4.3環(huán)氧水解酶區(qū)域選擇性的表征180
9.5環(huán)氧水解酶生物催化劑的開發(fā)及其合成應用181
9.5.1一些高選擇性的環(huán)氧水解酶生產菌株181
9.5.2天然來源環(huán)氧水解酶的生產183
9.5.3環(huán)氧水解酶的基因克隆及重組表達184
9.5.4環(huán)氧水解酶的蛋白質工程改造185
9.5.5環(huán)氧水解酶應用于經典動力學拆分187
9.5.6內消旋環(huán)氧化物的去對稱化191
9.5.7環(huán)氧水解酶催化的對映會聚水解192
9.5.8非天然親核試劑參與的環(huán)氧開環(huán)193
9.6環(huán)氧水解酶反應工程194
9.6.1單一水相催化194
9.6.2兩相催化195
9.6.3膜反應器轉化195
9.7總結與展望196
參考文獻/197
第10章腈水合酶和腈水解酶/207
10.1概述207
10.2腈水解酶簡介208
10.3腈水合酶簡介209
10.3.1Fe-型腈水合酶209
10.3.2Co-型腈水合酶211
10.3.3腈水合酶的水合機理211
10.4具有腈水解酶或腈水合酶活性的微生物212
10.5腈水解酶和腈水合酶的選擇性214
10.5.1化學選擇性214
10.5.2立體選擇性214
10.5.3區(qū)域選擇性214
10.6影響酶催化腈水解的主要因素215
10.6.1誘導劑的影響215
10.6.2底物和產物的抑制215
10.6.3反應介質的影響216
10.7腈水解酶和腈水合酶的應用216
10.8氰水解酶和氰水合酶的簡介220
10.9在生物降解與生物修復中的應用221
10.10總結222
參考文獻/222
第11章羥腈裂解酶/230
11.1羥腈裂解酶簡介230
11.2羥腈裂解酶的研究進展231
11.2.1羥腈裂解酶的來源和篩選231
11.2.2羥腈裂解酶的反應機理231
11.2.3羥腈裂解酶的理性設計和定向進化233
11.3羥腈裂解酶在有機合成中大規(guī)模應用的實例235
11.4總結與展望237
參考文獻/238
第12章醛縮酶/241
12.1醛縮酶的催化機理與分類241
12.2DHAP依賴性醛縮酶244
12.2.1DHAP依賴性醛縮酶的分類與性質244
12.2.2DHAP依賴性醛縮酶的合成應用246
12.2.3使用不帶有磷酸基團的底物作為供體的醛縮酶248
12.3丙酮酸和磷酸烯醇式丙酮酸依賴性醛縮酶248
12.3.1丙酮酸依賴性醛縮酶的分類和性質248
12.3.2丙酮酸依賴性醛縮酶的合成應用250
12.4乙醛依賴性醛縮酶252
12.4.1乙醛依賴性醛縮酶的分類與性質252
12.4.2乙醛依賴性醛縮酶的合成應用253
12.5甘氨酸依賴性醛縮酶253
12.5.1甘氨酸依賴性醛縮酶的分類253
12.5.2甘氨酸依賴性醛縮酶的合成應用254
12.6其他新的具有醛縮酶活性的催化劑255
12.6.1非醛縮酶催化的醛縮反應255
12.6.2計算機從頭設計新的醛縮酶255
12.7總結和展望257
參考文獻/258