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第一章酶学概论1

目录1

1.1．酶的结构和功能2

1.1.1．酶催化功能的结构基础3

1.1.2．酶的催化机制8

1.2．酶的专一性和有关学说12

1.2.1．专一性的分类12

1.2.2．锁钥学说和诱导契合学说15

1.3．酶反应动力学17

1.3.1．单底物动力学17

1.3.2．双底物动力学24

1.3.4．pH对酶反应速度的影响28

1.3.3．酶浓度对酶反应速度的影响28

1.3.5．温度对酶反应速度的影响29

1.3.6．抑制剂对酶反应速度的影响29

1.3.7．激活剂对酶反应速度的影响38

1.4．酶的分类及命名39

1.4.1．习惯命名法39

1.4.2．国际系统命名法和酶的分类39

1.5．酶活的测定41

1.5.1．酶活单位和酶的比活41

1.5.2．影响酶活测定的因素42

1.5.3．常用的酶活测定方法原理43

参考文献45

2.1．菌种的分离筛选与遗传育种〔1～8〕46

第二章酶的生产46

2.1.1．含菌样品的采集49

2.1.2．富集培养50

2.1.3．菌种纯化50

2.2．菌种变异〔9～13〕52

2.2.1．用物理或化学方法诱变52

2.2.2．用基因操作技术提高菌株的产酶能力54

2.3．酶的生产〔14～26〕55

2.3.1．原料56

2.3.2．培养方法58

2.3.3．影响酶产生的一些因素60

2.3.4．酶制剂的工业提取法65

参考文献69

第三章酶的分离与纯化71

3.1．引言〔1～12〕71

3.1.1．概述71

3.1.2．酶分离提纯技术的分类72

3.2．液－液双水相抽提〔1～2,5,13～22〕73

3.2.1．原则74

3.2.2．液－液双水相抽提技术的应用特点79

3.2.3．发展81

3.3．凝胶过滤〔1,2,4,23～26〕84

3.3.1．原理84

3.3.2．影响分离效果的因素87

3.3.3．应用92

3.4．疏水层析〔1,2,27～33〕92

3.4.1．疏水层析介质93

3.4.2．疏水层析应用的方法及其影响因素95

3.4.3．应用99

3.5．染料配基层析〔2,22,26,37,38〕100

3.5.1．概述100

3.5.2．染料配基的化学结构、性质与作用机理104

3.5.3．影响染料层析的应用及其选择性的因素107

3.6．硼酸盐配基层析〔2,39,40〕110

3.6.1．原理110

3.6.2．硼酸盐配基层析的进展——“肩背层析”（piggybackchromatography）113

3.6.3．应用114

3.7．亲和层析〔1,2,4,22,26,33～36〕116

3.7.1．发展和原理116

3.7.2．载体介质118

3.7.3．配基（ligand）119

3.7.4．手臂（spacerarms）121

参考文献122

第四章固定化生物催化剂125

4.1．酶的固定化方法〔1～4〕127

4.1.1．概述127

4.1.2．利用天然高分子载体的固定化136

4.1.3．利用无机载体的固定化142

4.1.4．利用合成高分子载体的固定化147

4.2．辅酶的固定化方法〔2,5〕154

4.2.1．辅基的固定化155

4.2.2．辅酶的固定化158

4.3．固定化酶的性质〔1,2,4,6〕165

4.3.1．固定化酶基础动力学166

4.3.2．温度影响172

4.3.3．pH的影响174

4.3.4．稳定性175

参考文献180

第五章酶的化学修饰181

5.1．前言181

5.1.1．为什么要搞酶的化学修饰181

5.1.2．酶的化学修饰的发展183

5.2．酶化学修饰的基本原理183

5.2.1．如何增强酶天然构象的稳定性与耐热性183

5.2.2．如何保护酶活性部位与抗抑制剂184

5.2.4．如何消除酶的抗原性及稳定酶的微环境185

5.2.3．如何维持酶功能结构的完整性与抗蛋白水解酶185

5.3．酶化学修饰的方法及修饰剂187

5.3.1．糖及糖的衍生物188

5.3.2．聚乙二醇193

5.3.3．合成大分子多聚物200

5.3.4．具有生物活性的大分子物质203

5.3.5．蛋白质类与其它205

5.3.6．小分子修饰剂与其它211

5.4．修饰酶的性质特征214

5.4.1．热稳定性214

5.4.2．抗各类失活因子216

5.4.3．抗原性216

5.4.4．体内半衰期217

5.4.5．最适pH218

5.4.7．对组织的分布能力220

5.4.6．酶学性质的变化220

5.5．酶化学修饰的前景222

参考文献223

第六章酶反应器226

6.1．引言〔1～6,7,12〕226

6.2．生物反应器的特点〔1～6〕228

6.3．生物反应器的设计〔1～6,8,9〕230

6.4．酶反应器的类型〔10,11,13～21〕233

6.4.1．膜反应器233

6.4.2．液固反应器238

6.4.3．气液固三相反应器240

6.5.1．概述241

6.5．第二代生物反应器的发展〔22～26〕241

6.5.2．辅助因子的再生244

6.5.3．两相或多相反应器247

6.5.4．组合反应器250

6.5.5．多酶反应器253

参考文献255

第七章酶技术在半合成抗生素工业上的应用257

7.1．在半合成青霉素方面的研究与应用257

7.1.1．酶法裂解青霉素制备6－氨基青霉烷酸（6-APA）257

7.1.2．酶法缩合制备半合成青霉素261

7.2．在头孢菌素方面的研究与应用263

7.2.1．酶法制备7-ACA和7-ADCA的研究264

7.2.2．酶法缩合制备半合成头孢菌素268

7.2.3．头孢菌素C8位上脱乙酰基反应275

7.3．在半合成抗生素侧链制备上的应用〔1〕277

7.4．其它278

参考文献280

第八章酶在食品和轻化工业方面的应用283

8.1．概述283

8.2．酶用于食品加工〔5,11,16,20,21〕287

8.2.1．淀粉加工287

8.2.2．乳品工业〔16,20,21〕300

8.2.3．酶用于果蔬加工〔13,15,20〕302

8.2.4．酶用于酿酒工业〔3,15,22,23〕305

8.2.5．酶用于制糖工业〔20〕306

8.2.6．酶用于肉类和鱼类加工308

8.2.7．酶用于蛋品加工309

8.2.8．酶用于面包烤焙食品制造〔20,21〕311

8.2.9．酶用于食品保藏312

8.2.10．酶用于甜味剂制造〔11〕312

8.2.11．固定化酶在食品工业上的应用314

8.3．酶在氨基酸生产上的应用〔11,26〕315

8.3.1．合成DL－氨基酸的光学拆分315

8.3.2．L－赖氨酸的酶法合成317

8.3.3．由富马酸酶法合成天门冬氨酸318

8.3.4．酶法合成L－丙氨酸319

8.3.5．酶法合成色氨酸320

8.3.6．苯丙氨酸的酶法合成321

8.4.1．苹果酸的酶法合成322

8.4．有机酸的酶法合成〔11,27〕322

8.4.2．酒石酸的酶法合成323

8.4.3．长链二羧酸324

8.4.4．用酶水解腈生产相应有机酸324

8.5．酶在轻化工业中的应用〔11,3，29〕325

8.5.1．酶用于洗涤剂制造〔28〕325

8.5.2．酶用于制革毛皮工业〔29〕327

8.5.3．酶在造纸和感光胶片工业上的应用328

8.5.4．酶用于牙膏、化妆品的生产328

8.5.5．酶用于制造明胶和胶原纤维329

8.5.6．酶用于废物废水处理和饲料加工329

8.5.7．酶用于纺织工业330

8.6．酶的工业生产与应用有关的安全法规331

参考文献334

第九章酶技术在医学方面的应用336

9.1．引言336

9.2．药用酶337

9.2.1．药用酶分类、剂型及其给药方式337

9.2.2．药用酶的固定化技术339

9.3．酶与生物医学工程346

9.3.1．体外循环装置〔8,14〕346

9.3.2．植入式微型输入泵〔10〕349

9.3.3．医学工程中抗血栓等问题350

9.3.4．酶控药物释放系统〔13〕351

9.4．诊断用酶〔18〕353

9.4.1．酶的来源及纯度要求353

9.4.2．酶的反应系统的建立358

9.4.3．酶盒的研制366

9.4.4．酶电极367

9.4.5．酶标免疫测定试剂370

参考文献376

第十章酶技术在能源开发中的应用378

10.1．利用酶技术从生物质生产燃料〔1～7〕379

10.1.1．生产乙醇379

10.1.2．生成氢气380

10.1.3．生产甲烷381

10.1.4．微生物电池383

10.2．在石油和铀资源开发中的应用〔8,9〕385

10.2.1．石油勘探385

10.2.3．石油微生物精炼386

10.2.2．二次采油386

10.2.4．利用细菌浸溶贫铀矿和废铀矿387

参考文献388

第十一章酶技术在环境工程上的应用389

11.1．酶在环境净化中的作用389

11.1.1．生物法净化废水389

11.1.2．生物净化过程和机制391

11.2．环境工程中酶技术的应用396

11.2.1．用酶法提高净化效率396

11.2.2．应用固定化酶处理废水397

11.2.3．脱氢酶检测生物活性和废水可生化性399

11.2.4．酶电极在环境监测中的应用401

参考文献402