甲烷氧化菌：生物学基础与应用

目录
前言
第1章 甲烷氧化菌 1
1.1 甲烷氧化菌的分类 1
1.2 甲烷氧化菌的特征酶 3
1.2.1 甲烷单加氧酶 3
1.2.2 甲醇脱氢酶 8
1.2.3 甲醛脱氢酶 9
1.2.4 甲酸脱氢酶 11
1.3 甲烷氧化菌的生态分布 12
1.4 甲烷氧化菌的研究方法 13
1.4.1 甲烷氧化菌的培养方法 14
1.4.2 荧光原位杂交技术 14
1.4.3 PCR-变性梯度凝胶电泳技术 15
1.4.4 实时荧光定量PCR技术 15
1.4.5 磷脂脂肪酸组合分析技术 15
1.4.6 稳定同位素探针技术 16
1.5 甲烷氧化菌的应用 16
1.5.1 减少甲烷的排放 16
1.5.2 生产生物燃料 17
1.5.3 生物修复 17
1.5.4 工业化学品 18
1.5.5 展望 20
参考文献 20
第2章 甲烷单加氧酶的分子特征及性质 23
2.1 甲烷单加氧酶的分类 23
2.2 甲烷单加氧酶的结构和性质 24
2.2.1 可溶性甲烷单加氧酶的结构和性质 24
2.2.2 颗粒性甲烷单加氧酶的结构和性质 28
2.3 甲烷单加氧酶的催化机理 30
2.3.1 可溶性甲烷单加氧酶的催化机理 31
2.3.2 颗粒性甲烷单加氧酶的催化机理 34
2.3.3 甲烷单加氧酶催化活性的影响因素 37
2.4 甲烷氧化菌及甲烷单加氧酶的基因工程研究 40
2.4.1 甲烷氧化菌的基因工程研究 40
2.4.2 甲烷单加氧酶的基因工程研究 40
参考文献 43
第3章 颗粒性甲烷单加氧酶的分离纯化和电子供体 46
3.1 颗粒性甲烷单加氧酶的分离纯化 47
3.1.1 含有颗粒性甲烷单加氧酶的细胞内质膜组分的分离获取 47
3.1.2 颗粒性甲烷单加氧酶从细胞内质膜中的解离 49
3.1.3 颗粒性甲烷单加氧酶的纯化 50
3.2 颗粒性甲烷单加氧酶分离纯化过程中需要注意的几个问题 52
3.2.1 颗粒性甲烷单加氧酶的活性测定 52
3.2.2 培养基中金属离子的影响 53
3.2.3 纯化过程中氧分子的影响 53
3.2.4 Mb-Cu对颗粒性甲烷单加氧酶的作用 53
3.2.5 其他膜物质的影响 54
3.3 颗粒性甲烷单加氧酶的电子供体 54
3.3.1 颗粒性甲烷单加氧酶的电子传递路径 54
3.3.2 内质膜上电子传递体的解离 56
3.3.3 内质膜中可能的pMMO电子传递链 56
参考文献 58
第4章 甲烷氧化菌的铜捕获机理 60
4.1 铜在甲烷氧化菌细胞内的作用 61
4.2 甲烷氧化菌对铜的捕获 62
4.3 甲烷氧化菌素的组成结构 68
4.4 铜在甲烷氧化菌素中的氧化态 73
4.5 甲烷氧化菌素对颗粒性甲烷单加氧酶的作用 74
4.6 自然环境中甲烷氧化菌素的作用 76
参考文献 77
第5章 甲烷氧化菌素的生物活性研究及其应用 80
5.1 铬天青S分光光度法测定甲烷氧化菌素铜合活性 80
5.2 几种甲烷氧化菌产甲烷氧化菌素和铜捕获作用比较 81
5.3 铜对甲烷氧化菌素生产的影响 81
5.4 甲烷氧化菌素的分离纯化 83
5.4.1 HP-20大孔树脂法 83
5.4.2 固相萃取法 84
5.4.3 MCI-GEL小粒径树脂法 84
5.4.4 固定金属亲和层析法 85
5.5 抗氧化活性 86
5.6 金属螯合性 87
5.7 抗菌性(抗菌机理，与其他防腐剂复配抑菌活性) 87
5.8 甲烷氧化菌素在食品中的应用 88
5.8.1 食品添加剂 88
5.8.2 葡萄糖测定 89
5.8.3 胆固醇测定 90
5.8.4 乙酰胆碱/胆碱测定 91
5.8.5 重金属盐的测定 92
5.8.6 病原微生物测定及抑制 92
5.8.7 农药残留/污染检测 92
5.8.8 谷胱甘肽测定 93
5.8.9 三聚氰胺测定 93
5.8.10 其他测定 94
5.9 甲烷氧化菌素在医药领域的应用 94
5.10 甲烷氧化菌素在铜代谢异常肝豆状核变性治疗中的应用 94
参考文献 97
第6章 甲烷氧化菌催化烯烃环氧化 99
6.1 甲基单胞菌GYJ3催化环氧丙烷的半连续合成 100
6.2 丙烯-甲烷共培养甲烷氧化菌催化环氧丙烷的连续合成 102
6.3 甲醇驱动下甲烷氧化菌催化环氧丙烷的连续合成 105
6.4 甲烷氧化菌催化乙烯环氧化 107
6.4.1 甲烷单加氧酶催化乙烯环氧化反应的影响因素 107
6.4.2 甲烷单加氧酶催化乙烯环氧化的动力学研究 108
6.5 生物乙烯清除剂及环氧乙烷食品熏蒸剂的制备与应用初探 110
6.5.1 生物乙烯清除剂的制备及其催化特性研究 111
6.5.2 生物乙烯清除剂的再生 113
6.5.3 生物乙烯清除剂催化乙烯环氧化反应的动力学研究 114
6.5.4 生物乙烯清除剂在苹果储藏中的应用 121
6.5.5 食品熏蒸剂环氧乙烷的制备 122
参考文献 123
第7章 甲烷氧化菌催化合成甲醇 125
7.1 Methylosinus trichosporium IMV 3011整细胞催化甲烷氧化合成甲醇的研究 126
7.2 二氧化碳存在下甲烷氧化菌催化甲烷生物合成甲醇 127
7.3 甲烷氧化菌催化二氧化碳生物合成甲醇的研究 128
7.4 Methylosinus trichosporium IMV 3011细胞生物催化二氧化碳制备甲醇 130
参考文献 131
第8章 甲烷氧化菌生产单细胞蛋白 133
8.1 甲烷氧化菌开发培养生产过程 133
8.2 甲烷氧化菌生长影响因素及调控 135
8.2.1 发酵方式对甲烷氧化菌生长的影响 136
8.2.2 生长因子对甲烷氧化菌生长的影响 138
8.2.3 铜离子含量对甲烷氧化菌生长的影响 140
8.2.4 甲烷传递体对甲烷氧化菌生长的影响 140
8.2.5 甲烷氧化菌素对甲烷氧化菌生长的影响 141
8.3 甲烷氧化菌的高密度培养 141
8.4 甲烷氧化菌单细胞蛋白营养以及对动物代谢和生长的影响 144
8.4.1 甲烷氧化菌单细胞蛋白的营养价值 144
8.4.2 甲烷氧化菌单细胞蛋白的研究发展 145
8.4.3 饲用甲烷氧化菌单细胞蛋白对动物健康的影响 147
8.5 甲烷氧化菌中过量核酸的去除 147
参考文献 149
第9章 甲烷氧化菌生物催化合成聚β-羟基丁酸酯 150
9.1 生物可降解高分子材料聚β-羟基丁酸酯概述 151
9.1.1 聚羟基链烷酸的分类 151
9.1.2 PHB的结构、物理化学性质、生理功能、特性及应用 152
9.2 聚β-羟基丁酸酯的合成 153
9.2.1 聚β-羟基丁酸酯的化学合成 153
9.2.2 聚β-羟基丁酸酯的生物合成 154
9.3 甲烷氧化菌合成PHB 158
9.3.1 利用甲烷催化合成聚β-羟基丁酸酯 159
9.3.2 利用甲烷-甲醇催化合成聚β-羟基丁酸酯 162
9.3.3 高密度培养甲烷氧化菌催化合成聚β-羟基丁酸酯 164
9.3.4 甲烷氧化菌生物催化合成聚β-羟基丁酸酯的分子量调控 166
9.4 甲烷氧化菌生物合成聚β-羟基丁酸酯的应用前景 168
参考文献 168
第10章 利用甲烷氧化混合菌生物合成聚β-羟基丁酸酯 173
10.1 甲烷氧化混合菌的生长特性与聚β-羟基丁酸酯的积累 173
10.1.1 甲烷氧化混合菌中PHB的积累 174
10.1.2 甲烷氧化混合菌生长动力学模型 174
10.1.3 碳源对细胞生长和PHB合成的影响 174
10.1.4 Cu2+浓度对甲烷氧化混合菌的影响 176
10.2 高聚β-羟基丁酸酯含量的开放条件下甲烷氧化混合菌的富集 177
10.3 甲烷氧化混合菌的分离纯化及其相互作用机理 178
10.3.1 甲烷氧化混合菌的微生物菌群分析 179
10.3.2 甲烷氧化混合菌中微生物的协同作用机理 179
10.4 甲烷氧化混合菌聚β-羟基丁酸酯产率的优化 180
10.4.1 培养基中不同营养元素的影响作用 180
10.4.2 不同生长时期对细胞积累PHB的影响 181
10.5 高密度培养甲烷氧化混合菌合成聚β-羟基丁酸 181
10.5.1 不同碳源条件下细胞的生长和聚β-羟基丁酸的积累 182
10.5.2 甲醇流加方式的建立 182
参考文献 184
第11章 甲烷氧化菌素介导的金属离子还原 186
11.1 甲烷氧化菌素及其螯合还原金属离子特性 186
11.2 甲烷氧化菌素催化纳米贵金属的合成 187
11.2.1 生物法制备金属纳米粒子 188
11.2.2 甲烷氧化菌素合成纳米金的研究 188
11.2.3 甲烷氧化菌素合成纳米银的研究 190
11.2.4 甲烷氧化菌素合成纳米钯的研究 191
11.3 甲烷氧化菌素介导制备Au/γ-Al2O3催化葡萄糖氧化 193
11.3.1 AuNPs粒径大小对催化葡萄糖氧化活性的影响 194
11.3.2 载体对负载型金催化剂催化葡萄糖氧化活性的影响 195
11.4 甲烷氧化菌素介导制备双金属纳米催化剂Au-Pd/γ-Al2O3 195
11.5 甲烷氧化菌素介导制备Au-Pd/γ-Al2O3催化葡萄糖氧化动力学 197
11.6 甲烷氧化菌素介导制备纳米金合成检测三聚氰胺 200
11.7 甲烷氧化菌素催化二价汞还原 203
11.7.1 微生物在Hg(Ⅱ)清除中的应用 204
11.7.2 微生物清除Hg(Ⅱ)的主要机理 204
11.7.3 甲烷氧化菌在Hg(Ⅱ)清除中的应用 205
11.7.4 Hg(Ⅱ)对甲烷氧化菌生长的影响 206
11.7.5 铜离子对Mb还原和结合Hg(Ⅱ)的影响 207
参考文献 208
第12章 甲烷氧化菌素的拟酶活性及其应用 212
12.1 甲烷氧化菌素-铜配合物模拟过氧化物酶催化过氧化氢氧化对苯二酚的反应动力学 212
12.2 不同Mb/Cu配合物催化过氧化氢氧化对苯二酚的动力学研究 214
12.3 甲烷氧化菌素修饰纳米金的铜配位组装及拟酶活性 216
参考文献 220