應(yīng)用生物催化

目錄
前言
第1章　緒論　1
1.1　生物催化概況　1
1.2　生物催化技術(shù)的特點(diǎn)　1
1.3　生物催化的發(fā)展史　2
1.4　全球生物催化酶制劑市場(chǎng)規(guī)模　3
1.5　生物催化與可持續(xù)性　4
1.6　食品工業(yè)中的生物催化及其工藝強(qiáng)化　5
1.6.1　乳制品工業(yè)　6
1.6.2　烘焙工業(yè)　7
1.6.3　果蔬加工業(yè)　8
1.6.4　釀酒工業(yè)　9
1.6.5　油脂加工　10
1.6.6　肉制品工業(yè)　10
1.6.7　香精香料業(yè)　11
1.7　食品生物催化制造　12
1.8　生物催化的安全性評(píng)價(jià)　13
第2章　生物催化的微生物學(xué)基礎(chǔ)　15
2.1　用于生物催化的主要微生物　15
2.1.1　細(xì)菌　15
2.1.2　放線菌　16
2.1.3　霉菌　17
2.1.4　酵母菌　17
2.2　微生物酶的篩選和菌種選育　18
2.2.1　微生物菌種的分離　18
2.2.2　誘變育種　20
2.3　微生物酶的發(fā)酵生產(chǎn)　22
2.3.1　氧化還原酶　22
2.3.2　水解酶　24
2.3.3　裂合酶　32
2.4　微生物生物合成：重要天然產(chǎn)物的來(lái)源　33
2.4.1　氨基酸　34
2.4.2　嘌呤和嘧啶及其核苷酸　37
2.4.3　維生素　39
2.4.4　有機(jī)酸　40
2.4.5　乙醇及相關(guān)化合物　42
2.4.6　次生代謝物　43
參考文獻(xiàn)　45
第3章　生物催化的酶學(xué)基礎(chǔ)　48
3.1　酶的分類(lèi)組成與結(jié)構(gòu)特性　48
3.1.1　酶的分子結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成　48
3.1.2　酶的分類(lèi)　50
3.1.3　酶的空間結(jié)構(gòu)及活性中心　51
3.2　酶的分離純化　52
3.2.1　酶的來(lái)源　52
3.2.2　酶的分離　53
3.2.3　酶的純化　55
3.3　酶的作用機(jī)制　58
3.4　酶的催化動(dòng)力學(xué)　60
3.4.1　酶促反應(yīng)初速度　60
3.4.2　米氏方程　60
3.4.3　影響酶促反應(yīng)速率的因素　63
3.4.4　激活劑和抑制劑對(duì)酶促反應(yīng)速率的影響　64
3.5　酶活性調(diào)節(jié)　65
3.5.1　酶原激活調(diào)節(jié)　66
3.5.2　酶活性的別構(gòu)調(diào)節(jié)　66
3.5.3　酶分子的共價(jià)修飾　68
3.6　酶在食品領(lǐng)域的應(yīng)用　68
參考文獻(xiàn)　71
第4章　生物催化的手性化學(xué)基礎(chǔ)　72
4.1　光學(xué)活性與手性　72
4.1.1　自然光和偏振光　72
4.1.2　旋光性與比旋光度　72
4.1.3　手性分子與旋光性　74
4.1.4　對(duì)映異構(gòu)體與非對(duì)映異構(gòu)體　74
4.2　構(gòu)型與構(gòu)象　78
4.2.1　分子構(gòu)型　78
4.2.2　分子構(gòu)象　80
4.3　生物催化反應(yīng)的選擇性　80
4.3.1　化學(xué)選擇性　80
4.3.2　區(qū)域選擇性　82
4.3.3　立體選擇性　82
4.4　手性化合物外消旋體的生物催化去對(duì)稱(chēng)化　83
4.4.1　脂肪酶催化的手性化合物去對(duì)稱(chēng)化　84
4.4.2　氧化還原酶催化的手性化合物去對(duì)稱(chēng)化　86
4.4.3　酰胺酶催化的手性化合物去對(duì)稱(chēng)化　87
參考文獻(xiàn)　87
第5章　生物催化劑的分子改造　89
5.1　化學(xué)修飾技術(shù)　89
5.1.1　小分子修飾　89
5.1.2　定點(diǎn)突變與化學(xué)修飾結(jié)合　90
5.1.3　輔因子引入　90
5.1.4　交聯(lián)技術(shù)　90
5.1.5　單功能聚合物　91
5.2　定點(diǎn)突變技術(shù)　91
5.2.1　寡核苷酸引物介導(dǎo)的定點(diǎn)突變　92
5.2.2　PCR介導(dǎo)的定點(diǎn)突變法及其改進(jìn)——大引物突變法　92
5.2.3　盒式突變　93
5.3　DNA改組技術(shù)　94
5.4　酶的化學(xué)糖基化　96
5.4.1　用于酶化學(xué)糖基化修飾的分子種類(lèi)　96
5.4.2　常用的化學(xué)糖基化修飾　96
5.5　酶的定向進(jìn)化　99
5.5.1　酶的分子定向進(jìn)化的概念——物種進(jìn)化與酶定向進(jìn)化　100
5.5.2　酶定向進(jìn)化技術(shù)的發(fā)展歷程　100
5.5.3　酶定向進(jìn)化的主要方法　101
5.6　結(jié)合定點(diǎn)突變的酶理性設(shè)計(jì)改善酶特性的具體應(yīng)用　103
5.6.1　重塑活性中心提高酶的底物特異性　103
5.6.2　重塑活性中心改變酶促反應(yīng)類(lèi)型　104
5.7　基于DNA改組和酶定向進(jìn)化非理性設(shè)計(jì)改善酶特性的具體應(yīng)用　105
5.7.1　改善酶的底物特異性　105
5.7.2　提高酶的對(duì)映體選擇性　105
5.7.3　改善酶反應(yīng)活性　106
5.7.4　定向進(jìn)化改善酶穩(wěn)定性　106
5.7.5　改善酶的溶解性和異源表達(dá)　109
5.7.6　創(chuàng)造新的活性　109
5.7.7　增加微生物酶的抗性　109
5.8　酶定向進(jìn)化的優(yōu)勢(shì)和前景　110
參考文獻(xiàn)　110
第6章　生物催化劑的固定化　112
6.1　傳統(tǒng)酶固定化技術(shù)　112
6.1.1　物理吸附法　112
6.1.2　物理包埋法　113
6.1.3　共價(jià)結(jié)合法　113
6.1.4　化學(xué)交聯(lián)法　113
6.1.5　不同傳統(tǒng)酶固定化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)　114
6.1.6　傳統(tǒng)固定化酶的載體材料　114
6.2　新型酶固定化技術(shù)　117
6.2.1　新型固定化載體材料　117
6.2.2　新型酶固定化方法　127
6.3　酶定向固定化技術(shù)　129
6.3.1　生物酶介導(dǎo)的定向固定化技術(shù)　129
6.3.2　化學(xué)修飾介導(dǎo)的酶定向固定化技術(shù)　130
6.3.3　界面聚合微囊固定化技術(shù)　130
6.3.4　基于表面展示技術(shù)的酶固定化　130
6.4　多酶共固定化　131
6.4.1　多酶的非特異性共價(jià)共固定化　131
6.4.2　多酶的非特異性非共價(jià)共固定化　132
6.4.3　多酶的非共價(jià)包埋共固定化　132
6.4.4　多酶位點(diǎn)特異性共固定化　133
6.5　其他新型固定化技術(shù)　134
6.5.1　輻射處理　134
6.5.2　等離子體處理　134
6.5.3　納米技術(shù)處理　135
6.5.4　超聲波處理　135
6.5.5　磁處理　135
參考文獻(xiàn)　135
第7章　非水相生物催化　136
7.1　非水相中酶學(xué)基礎(chǔ)及非水相機(jī)理　136
7.1.1　非水相中酶學(xué)基礎(chǔ)　136
7.1.2　非水相機(jī)理　138
7.2　提高非水相中酶的耐受性　140
7.2.1　非水溶劑對(duì)酶催化的影響　142
7.2.2　體系含水量對(duì)酶催化的影響　143
7.2.3　pH和離子強(qiáng)度　144
7.2.4　溫度　144
7.3　非水相生物催化及其特點(diǎn)　145
7.4　非水相生物催化的影響因素　147
7.4.1　反應(yīng)溫度的影響　147
7.4.2　非水相介質(zhì)的影響　147
7.4.3　底物濃度和摩爾比的影響　148
7.4.4　催化劑的影響　148
7.4.5　有機(jī)溶劑對(duì)酶催化反應(yīng)的影響　148
7.4.6　非水相體系中微量水對(duì)酶催化性能的影響　149
7.5　生物催化反應(yīng)體系的分類(lèi)　150
7.5.1　有機(jī)相體系　150
7.5.2　超臨界流體體系　150
7.5.3　離子液體體系　151
7.5.4　反膠束體系　152
7.5.5　全細(xì)胞體系　153
7.6　物理場(chǎng)強(qiáng)化非水相生物催化　154
7.6.1　超聲波強(qiáng)化非水相生物催化　154
7.6.2　微波強(qiáng)化非水相生物催化　155
7.6.3　磁場(chǎng)強(qiáng)化非水相生物催化　156
7.6.4　熱等靜壓技術(shù)強(qiáng)化非水相生物催化　156
參考文獻(xiàn)　157
第8章　生物催化反應(yīng)器　158
8.1　生物催化反應(yīng)器概述　158
8.2　酶反應(yīng)器基本設(shè)計(jì)　159
8.2.1　設(shè)計(jì)基本原理　159
8.2.2　理想條件下酶反應(yīng)器的基本設(shè)計(jì)　160
8.3　多相體系中擴(kuò)散限制對(duì)生物催化反應(yīng)器設(shè)計(jì)和性能的影響　171
8.4　熱失活對(duì)酶反應(yīng)器設(shè)計(jì)和性能的影響　173
8.5　脂肪酶催化連續(xù)反應(yīng)器的構(gòu)建及操作穩(wěn)定性　175
8.5.1　反應(yīng)器構(gòu)建的流程　175
8.5.2　應(yīng)用——膜反應(yīng)器中脂肪酶動(dòng)態(tài)拆分萘普生甲酯　177
8.6　酶反應(yīng)器操作方式對(duì)拆分產(chǎn)物光學(xué)活性的影響　179
參考文獻(xiàn)　181
第9章　蛋白酶　182
9.1　蛋白酶的種類(lèi)　182
9.2　蛋白酶活性檢測(cè)方法　183
9.2.1　均相檢測(cè)蛋白酶活性　183
9.2.2　基于分離的活性檢測(cè)試驗(yàn)　186
9.2.3　改進(jìn)型蛋白酶活性的測(cè)定方法　187
9.3　重要蛋白酶的結(jié)構(gòu)與功能　187
9.3.1　絲氨酸蛋白酶　187
9.3.2　天冬氨酸蛋白酶　189
9.3.3　堿性蛋白酶　191
9.3.4　風(fēng)味蛋白酶　191
9.4　蛋白水解酶催化機(jī)制　192
9.4.1　蛋白酶催化底物的基本機(jī)制　192
9.4.2　蛋白酶水解底物的特異性作用機(jī)制　193
9.4.3　酶與底物的結(jié)合部位蛋白酶的位點(diǎn)專(zhuān)一性　194
9.4.4　酶分子表面電荷作用　194
9.5　蛋白酶催化蛋白質(zhì)酶解法合成多肽　195
9.6　固載化酶催化合成多肽　196
9.6.1　溶劑對(duì)固定化酶催化合成多肽的影響　196
9.6.2　載體與固定化方法　196
9.6.3　pH及溫度　197
9.7　酶催化拼接合成多肽　197
9.7.1　轉(zhuǎn)肽酶　197
9.7.2　連接酶　198
9.7.3　氧化還原酶　198
9.8　蛋白酶在食品領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展　199
9.8.1　蛋白酶在食品中的作用機(jī)理　199
9.8.2　蛋白酶在食品工業(yè)中的應(yīng)用研究　200
參考文獻(xiàn)　202
第10章　青霉素?；浮?06
10.1　β-內(nèi)酰胺類(lèi)抗生素簡(jiǎn)介　206
10.1.1　酶促一鍋合成法　206
10.1.2　原位產(chǎn)物排出法　207
10.1.3　反應(yīng)介質(zhì)體系與酶促合成　207
10.1.4　水兩相體系　207
10.1.5　水-有機(jī)溶劑混合體系　207
10.1.6　懸濁液-懸濁液體系　208
10.1.7　冰凍介質(zhì)　208
10.1.8　酶固定化新方法與酶促合成　208
10.2　半合成β-內(nèi)酰胺類(lèi)抗生素化學(xué)法與酶催化法合成比較　208
10.3　生物催化合成的策略　209
10.3.1　生物催化　209
10.3.2　生物催化的應(yīng)用　210
10.3.3　固定化酶　210
10.3.4　青霉素?；父攀觥?11
10.3.5　青霉素?；傅墓潭ɑ?11
10.3.6　青霉素酰化酶催化合成抗生素　214
10.4　青霉素?；干锎呋瘎?14
10.4.1　青霉素?；傅姆N類(lèi)　215
10.4.2　青霉素G和青霉素V　216
10.4.3　催化反應(yīng)條件　217
10.4.4　青霉素酰化酶的催化應(yīng)用　217
10.5　均相和非均相水-