生物催化剂工程：原理及应用

第1章绪论/1
1.1生物加工与生化工程1
1.2生物催化工程2
1.2.1生物催化工程的学科背景2
1.2.2生物催化工程的内涵与外延2
1.2.3我国生物催化发展概况5
1.3生物催化在手性合成中的应用8
1.3.1生物催化的不对称氧化还原11
1.3.2水解酶催化的对映选择性合成14
1.4工业生物催化发展动态及名家观点15
1.4.1生物催化的最新技术进展16
1.4.2生物催化的成功实例20
1.4.3生物催化的未来21
参考文献/24
第2章生物催化剂的发现/27
2.1概述27
2.1.1生物催化剂的基本概念27
2.1.2生物催化剂的来源与多样性27
2.2生物催化剂的发现和筛选28
2.2.1生物催化剂筛选的一般策略30
2.2.2建立有效和方便的筛选分析方法31
2.2.3生物催化剂的发现和筛选途径32
2.3总结与展望39
参考文献/39
第3章生物催化剂的改造/41
3.1概述41
3.2生物催化剂的理性设计42
3.2.1理性设计的工具42
3.2.2理性设计的目标44
3.2.3融合蛋白质46
3.2.4模拟计算的最新进展46
3.2.5小结与展望47
3.3生物催化剂的定向进化47
3.3.1定向进化的方法48
3.3.2亲本酶的选择55
3.3.3不同策略决定进化路径55
3.3.4生物催化剂的高通量筛选56
3.3.5小结与展望57
3.4理性设计与定向进化的组合应用57
3.4.1理性设计与定向进化的组合——半理性设计58
3.4.2不同进化方向采用不同策略59
参考文献/60
第4章酶的高通量筛选方法/63
4.1概述63
4.2氧化还原酶的高通量筛选方法64
4.2.1脱氢酶64
4.2.2氧化酶类66
4.2.3加氧酶68
4.2.4漆酶71
4.3转氨酶的高通量筛选方法72
4.3.1基于底物和产物性质的筛选方法72
4.3.2基于NAD(P)H再生的筛选方法73
4.3.3pH指示法73
4.4水解酶的高通量筛选方法74
4.4.1使用显色底物直接测定74
4.4.2pH 指示剂——偶合反应间接测定法74
4.4.3选择性的估算和测定78
4.5总结84
参考文献/84
第5章酶和细胞的固定化/90
5.1生物催化剂固定化技术的出现及发展90
5.1.1游离酶的缺陷90
5.1.2酶固定化技术的出现及发展90
5.1.3细胞固定化技术的出现及发展91
5.2固定化生物催化剂的命名及形式91
5.3固定化生物催化剂制备的原则92
5.4固定化酶的制备方法93
5.4.1非共价载体结合法93
5.4.2共价载体结合法95
5.4.3包埋法97
5.4.4无载体固定化法99
5.4.5组合固定化100
5.4.6酶固定化方法的优缺点100
5.5固定化酶的性质100
5.5.1酶活性101
5.5.2稳定性101
5.5.3固定化酶最适温度的变化102
5.5.4固定化酶最适pH的变化102
5.5.5底物专一性102
5.5.6固定化酶的优缺点103
5.6细胞的固定化103
5.6.1固定化细胞的特点103
5.6.2细胞固定化方法105
5.7固定化生物催化剂的应用107
5.7.1固定化催化剂在工业生产中的应用107
5.7.2固定化酶在酶传感器中的应用110
5.7.3固定化酶在临床检验方面的应用110
参考文献/110
第6章单加氧酶/112
6.1细胞色素P450单加氧酶112
6.1.1细胞色素P450单加氧酶的结构分类112
6.1.2细胞色素P450单加氧酶的羟化反应催化机理114
6.1.3细胞色素P450单加氧酶的性质表征114
6.1.4细胞色素P450单加氧酶的分子改造116
6.1.5细胞色素P450单加氧酶催化的反应117
6.2黄素依赖的单加氧酶121
6.2.1黄素依赖型单加氧酶的分类121
6.2.2黄素依赖型单加氧酶的催化机理122
6.2.3黄素依赖型单加氧酶催化的反应123
6.3非血红素单加氧酶124
6.3.1甲烷单加氧酶124
6.3.2ω羟化酶系统125
6.4总结126
参考文献/126
第7章还原酶/132
7.1生物催化还原反应132
7.2羰基的不对称还原132
7.2.1生物催化羰基不对称还原的机理132
7.2.2辅酶的再生134
7.2.3羰基还原酶的发现及改造137
7.2.4生物催化羰基不对称还原反应的应用139
7.3还原氨化反应142
7.4羧酸的还原143
7.5碳碳双键的还原145
7.6总结147
参考文献/147
第8章脂肪酶/酯酶/156
8.1脂肪酶/酯酶简介156
8.2脂肪酶/酯酶的结构分类157
8.2.1脂肪酶/酯酶的结构157
8.2.2脂肪酶/酯酶的分类157
8.3脂肪酶/酯酶的催化机理160
8.4脂肪酶/酯酶的分子改造160
8.5脂肪酶/酯酶的合成应用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/酯酶的典型应用案例165
8.6.1普瑞巴林的合成165
8.6.2地尔硫中间体的合成166
参考文献/167
第9章环氧水解酶/172
9.1概述172
9.2环氧水解酶的生理功能172
9.2.1哺乳动物环氧水解酶的生理功能173
9.2.2植物、昆虫、微生物环氧水解酶的生理功能174
9.3环氧水解酶的结构分类及催化机理175
9.3.1环氧化物的开环反应175
9.3.2α/β折叠环氧水解酶的结构及催化机理175
9.3.3LEH类环氧水解酶的结构及催化机理177
9.3.4白三烯A4水解酶的结构及催化机理178
9.4环氧水解酶的性质表征179
9.4.1环氧水解酶的纯化及生化性质表征179
9.4.2环氧水解酶催化反应的区域选择性179
9.4.3环氧水解酶区域选择性的表征180
9.5环氧水解酶生物催化剂的开发及其合成应用181
9.5.1一些高选择性的环氧水解酶生产菌株181
9.5.2天然来源环氧水解酶的生产183
9.5.3环氧水解酶的基因克隆及重组表达184
9.5.4环氧水解酶的蛋白质工程改造185
9.5.5环氧水解酶应用于经典动力学拆分187
9.5.6内消旋环氧化物的去对称化191
9.5.7环氧水解酶催化的对映会聚水解192
9.5.8非天然亲核试剂参与的环氧开环193
9.6环氧水解酶反应工程194
9.6.1单一水相催化194
9.6.2两相催化195
9.6.3膜反应器转化195
9.7总结与展望196
参考文献/197
第10章腈水合酶和腈水解酶/207
10.1概述207
10.2腈水解酶简介208
10.3腈水合酶简介209
10.3.1Fe-型腈水合酶209
10.3.2Co-型腈水合酶211
10.3.3腈水合酶的水合机理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选择性214
10.5.1化学选择性214
10.5.2立体选择性214
10.5.3区域选择性214
10.6影响酶催化腈水解的主要因素215
10.6.1诱导剂的影响215
10.6.2底物和产物的抑制215
10.6.3反应介质的影响216
10.7腈水解酶和腈水合酶的应用216
10.8氰水解酶和氰水合酶的简介220
10.9在生物降解与生物修复中的应用221
10.10总结222
参考文献/222
第11章羟腈裂解酶/230
11.1羟腈裂解酶简介230
11.2羟腈裂解酶的研究进展231
11.2.1羟腈裂解酶的来源和筛选231
11.2.2羟腈裂解酶的反应机理231
11.2.3羟腈裂解酶的理性设计和定向进化233
11.3羟腈裂解酶在有机合成中大规模应用的实例235
11.4总结与展望237
参考文献/238
第12章醛缩酶/241
12.1醛缩酶的催化机理与分类241
12.2DHAP依赖性醛缩酶244
12.2.1DHAP依赖性醛缩酶的分类与性质244
12.2.2DHAP依赖性醛缩酶的合成应用246
12.2.3使用不带有磷酸基团的底物作为供体的醛缩酶248
12.3丙酮酸和磷酸烯醇式丙酮酸依赖性醛缩酶248
12.3.1丙酮酸依赖性醛缩酶的分类和性质248
12.3.2丙酮酸依赖性醛缩酶的合成应用250
12.4乙醛依赖性醛缩酶252
12.4.1乙醛依赖性醛缩酶的分类与性质252
12.4.2乙醛依赖性醛缩酶的合成应用253
12.5甘氨酸依赖性醛缩酶253
12.5.1甘氨酸依赖性醛缩酶的分类253
12.5.2甘氨酸依赖性醛缩酶的合成应用254
12.6其他新的具有醛缩酶活性的催化剂255
12.6.1非醛缩酶催化的醛缩反应255
12.6.2计算机从头设计新的醛缩酶255
12.7总结和展望257
参考文献/258