生物催化剂工程：原理及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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许建和，郁惠蕾 编

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• 生物催化
• 酶工程
• 蛋白质工程
• 合成生物学
• 生物技术
• 催化剂
• 化学工程
• 生物化学
• 绿色化学
• 工业应用

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122258601

版次：1

商品编码：11887628

包装：平装

开本：16开

出版时间：2016-03-01

用纸：胶版纸

页数：260

字数：416000

正文语种：中文

内容简介

　　本书章介绍了生物催化的发展概况和新技术进展；第2-5章围绕生物催化剂的发现和改造进行阐述，包括传统的发现方法和生物信息学的发现手段，包括蛋白质工程和酶工程的改造方式，包括不同酶的高通量筛选方法；第6-12章分别针对生物催化常用的几类酶，从酶的结构分类、催化机理、性质表征、合成应用及其新典型案例展开。本书从原理到应用，结构严谨，内容紧跟前沿，知识面广，且有一定的理论深度，充分反应了世界发展动态，体现了新兴生物催化领域的新发展趋势。

作者简介

　　许建和，华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室主任、生物工程学院副院长，教授 博导 副院长，华东理工大学生物催化特聘教授、博士生导师。生物反应器工程国家重点实验室主任、生物工程学院副院长。兼任5本SCI学术刊物的编委或副主编、6家国家或省部级重点实验室的学术委员。荣获谈家桢生命科学创新奖(2008)、教育部自然科学二等奖(2007,第1完成人)，享受国务院政府特殊津贴(2006)。
　　研究方向
　　1. 新酶的筛选、发酵、纯化与表征;
　　2. 高效酶催化剂的制备与改性技术;
　　3. 生物催化立体选择性的调控方法;
　　4. 非水相酶反应工艺与反应器工程;
　　5. 手性产品的酶促合成与拆分技术;
　　6. 天然产物的生物转化与生物加工.

目录

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�掺腔�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

前言/序言

现代材料科学前沿：纳米结构与功能化界面 书籍简介 本书旨在为材料科学领域的研究人员、工程师以及高年级本科生和研究生提供一个关于现代材料结构、性质、制备以及功能化界面的全面而深入的综述。重点关注纳米尺度的材料设计策略如何驱动宏观性能的根本性变革，以及如何通过精密的界面工程实现对材料功能特性的精确调控。全书内容紧密结合当前国际材料学研究的热点和难点，力求在理论深度与工程应用之间搭建一座坚实的桥梁。 第一部分：纳米结构的设计与合成 本部分首先回顾了材料科学的基本原理，但迅速转向当前材料研究的核心——纳米结构。我们详细探讨了不同维度（零维量子点、一维纳米线/管、二维纳米片）的构建策略，包括自组装、模板法、化学气相沉积（CVD）以及溶液化学合成等主流技术。 1.1 晶体生长动力学与形貌控制 深入分析了晶体成核与生长过程中的热力学和动力学因素。特别强调了在非平衡条件下，如何通过调控反应速率、表面能梯度和外场（如电场、磁场）来实现对纳米颗粒的尺寸、形状和晶格缺陷的精确控制。内容涵盖了“普洛斯托维奇-布鲁克模型”（Proshtov-Brooke Model）在解释复杂形貌演化中的应用。 1.2 表面与界面物理化学 纳米材料的独特性能在很大程度上源于其极高的比表面积和大量的表面原子。本章详细阐述了表面弛豫、表面重构现象，以及不同晶面指数对表面反应活性的影响。我们引入了密度泛函理论（DFT）计算结果，用于预测和解释不同晶面上的吸附能和几何构型，为理解催化、传感等表面相关功能奠定理论基础。 1.3 复杂多级纳米结构 超越简单的单级结构，本部分深入探讨了多级（Hierarchical）和分级（Graded）纳米结构的构建。讨论了如何将不同尺度的结构单元（如纳米颗粒嵌入多孔骨架、套管结构等）进行有机整合，以实现协同效应，例如在能量存储设备中同时优化电子传输和离子扩散路径。 第二部分：功能化界面的调控与表征 材料的实际功能往往在界面处得以体现。本部分专注于如何通过界面工程来赋予材料特定的功能，并介绍了先进的表征技术。 2.1 电子结构调控与能带工程 详细阐述了异质结（Heterojunctions）的构建原理，特别是P-N结、肖特基结在光电器件中的作用。探讨了通过界面处的电荷转移和能带弯曲来调控载流子的分离和传输效率。内容涉及二维材料（如石墨烯与过渡金属硫化物）叠加形成的范德华异质结（van der Waals Heterostructures）的电子特性。 2.2 界面机械性能的增强 分析了层状复合材料和晶界工程对材料整体力学性能的贡献。讨论了如何利用纳米尺度的强化相（如碳纳米管、陶瓷纳米晶粒）在基体材料中有效阻止裂纹扩展。重点介绍了“反摩擦层”（Toughening Layer）和“叠层结构”在提升韧性和疲劳寿命方面的机制。 2.3 界面化学修饰与表面功能化 本章聚焦于如何通过化学手段（如表面接枝、分子自组装、配位化学）在材料表面引入特定的官能团或活性位点。详细介绍了用于生物传感、药物递送以及腐蚀防护的表面改性策略，包括单分子层（SAMs）的构建及其在界面润湿性、生物相容性控制中的应用。 2.4 先进界面表征技术 为支撑前述的结构与功能关联研究，本部分介绍了多项尖端表征手段。这包括： 高分辨透射电子显微镜 (HR-TEM) 与聚焦离子束 (FIB)： 用于原子尺度的晶格缺陷和界面结构的成像。 X射线光电子能谱 (XPS) 与俄歇电子能谱 (AES)： 用于表征材料表面的元素价态和化学环境。 同步辐射X射线散射 (SAXS/WAXS)： 用于分析材料内部的纳米尺度形貌和长程有序性。 原位/动态表征技术： 强调了在真实工作条件下（如加热、施加应力或在液体环境中）实时监测界面变化的必要性，特别是原位电化学测试和原位力学测试的应用。 第三部分：前沿应用领域与未来挑战 最后，本书将理论和技术应用于多个关键领域，并展望了未来发展方向。 3.1 能源转换与存储 讨论了如何利用纳米结构和界面工程来优化光电转换（如钙钛矿太阳能电池中的电荷传输层设计）和电化学储能（如锂离子电池中的固态电解质界面（SEI）的稳定化）。 3.2 智能传感与环境修复 阐述了基于纳米材料（如半导体纳米线、石墨烯衍生物）的高灵敏度化学传感器和生物传感器的设计原理。在环境领域，探讨了界面催化活性材料（如负载型金属纳米催化剂）在水净化和污染物降解中的应用效率提升。 3.3 生物材料与组织工程 关注材料与生物系统的界面相互作用，包括生物相容性、细胞粘附和信号传导。讨论了如何通过精确控制材料表面的拓扑结构和化学信号，以引导干细胞的分化方向，实现组织修复和再生。 总结与展望 全书以系统化的方式整合了纳米材料合成、界面科学和功能应用三大支柱，突出了当前材料科学研究从“材料发现”向“基于原理的功能设计”转型的趋势。未来研究的重点将是实现更高程度的自动化合成、更精确的界面原位调控，以及开发具有自修复、自适应等高级智能特性的新型功能材料。本书的深度和广度，旨在激发读者对材料科学未来发展的深刻思考和创新实践。

评分☆☆☆☆☆

从阅读体验的角度来说，这本书给我带来了一种沉浸式的学习感受。作者在行文风格上，似乎非常注重与读者的沟通，语言虽然专业，但却不会显得过于晦涩难懂，反而带有一种引导性的力量，仿佛是一位循循善诱的老师在课堂上讲解。它会适时地抛出一些引人思考的问题，引导读者去主动探索答案，而不是被动接受信息。此外，书中对于一些抽象概念的解释，还会辅以恰当的图表和示意图，这些视觉化的辅助工具极大地降低了理解门槛，让复杂的科学原理变得更加直观易懂。我甚至觉得，作者在设计阅读路径上也颇具匠心，使得知识的递进显得非常自然，不会让读者感到突兀或不知所措。总而言之，这本书在提升阅读的趣味性和有效性方面做得非常到位，让我愿意花费更多的时间去深入研读。

评分☆☆☆☆☆

在翻阅这本书的过程中，我最大的感受是它在知识的梳理和呈现方式上，展现出了一种非常系统性和层次感。它不仅仅是简单地罗列知识点，而是能够将复杂的概念层层剥开，由浅入深地进行讲解，让读者能够逐步建立起清晰的认知框架。我尤其欣赏它在引入新概念时，会先给出清晰的定义和背景介绍，然后通过生动的例子或者类比来帮助读者理解。对于一些核心的原理，作者似乎花了很多心思去解释其背后的逻辑和机制，而不是仅仅停留在“是什么”的层面，而是深入到“为什么”和“如何”的思考。这种讲解方式对于我这样希望深入理解学科本质的读者来说，简直是福音。而且，我发现书中的许多论述都建立在扎实的理论基础之上，并引用了大量最新的研究成果，这使得内容具有很高的学术价值和前沿性。整体而言，这本书在知识的组织和传递方面做得非常出色，让人读起来感到顺畅且富有启发性。

评分☆☆☆☆☆

这本书所涵盖的理论深度和广度让我感到惊喜。它在对基础概念进行梳理的同时，也大胆地触及了学科的前沿领域，并且能够将两者有机地结合在一起，形成一个完整且具有前瞻性的知识体系。我注意到书中对于一些关键理论的论证过程都相当严谨，逻辑链条清晰，让人能够信服。在对应用部分的介绍中，它也展现出了对实际问题的深刻洞察，并提出了许多富有创新性的解决方案。我尤其欣赏它在讨论某个技术或方法时，不仅仅停留在描述其功能，而是会追溯其发展的历史，分析其优缺点，并展望其未来的潜力。这种全方位的视角，让读者不仅了解了“是什么”，更能理解“为什么”以及“能做什么”。整体上，这本书的知识密度很高，但却能通过精巧的结构和深入浅出的讲解，让读者在有限的时间内获得最大的知识收获。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计给我留下了深刻的印象，那种沉甸甸的质感，配合着封面简洁却又充满科技感的图案，让人一看就知道是本厚重的学术专著。打开扉页，纸张的触感也相当不错，厚实而又略带些许磨砂的质感，翻阅起来有种沙沙的悦耳声响，这种体验在如今充斥着廉价印刷品的时代显得尤为珍贵。我尤其喜欢它所采用的字体，大小适中，行间距也恰到好处，即使是长时间阅读，眼睛也不会感到特别疲劳。书本的整体排版也非常清晰，章节标题、小标题、图表以及公式都安排得井井有条，逻辑性很强，给人一种严谨、专业的视觉感受。我甚至注意到书本的装订工艺也相当扎实，无论是骑马钉还是锁线胶装，都显示出出版社在细节上的用心，让人觉得这是一本值得收藏的书籍。这种对书籍本身品质的关注，也让我对书中内容的期待值大大提升，我相信这样一本从外在就如此精良的书籍，内在的内容也必定是经过深思熟虑、精心打磨的。

评分☆☆☆☆☆

这本书在解决实际问题方面，给我带来了极大的启发。它不仅仅是理论知识的堆砌，更重要的是，它能够将这些理论知识有效地转化为解决实际问题的工具和思路。我发现书中在介绍各种原理或技术时，都会紧密结合相关的应用案例，这些案例的选择非常贴切，能够生动地展现出这些理论的价值和潜力。更令我赞赏的是，作者在分析这些案例时，并非简单地罗列结果，而是深入剖析了问题产生的根源，以及所采用的生物催化剂工程技术是如何一步步解决这些问题的。这种分析过程，让读者能够清晰地看到理论与实践之间的联系，并学习到如何将所学的知识迁移到自己的研究或工作中。这本书在我看来，是一本既有学术深度，又具备高度实践指导意义的参考书，对于希望在生物催化剂工程领域有所建树的研究者和从业者来说，无疑是一份宝贵的财富。