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1　生物催化绪论1

1.1　21世纪初的生物催化概况2

1.1.1　生物催化的接受程度2

1.1.2　生物催化的优缺点3

1.1.2.1　生物催化剂的优点3

1.1.2.2　生物催化剂的缺点4

1.2　生物催化技术的特点5

1.2.1　相关学科和应用领域5

1.2.2　生物催化转化的特点5

1.2.2.1 生物催化与其他催化的比较6

1.2.3　生物催化的工业应用7

1.2.3.1 未来的化学工业：环境友好、绿色化学、可持续发展7

1.2.3.2 对映体纯药物或药物中间体（APIs）8

1.3　生物催化的发展由来8

1.3.1　酶催化的历史8

1.3.2　生物催化技术的现状9

1.4　生物催化的学科范畴10

1.4.1 酶的命名10

1.4.2　生物催化与有机化学11

2　生物催化剂的特点15

2.1　酶催化的特点16

2.1.1 酶基本知识：什么是酶催化？16

2.1.1.1 酶反应的反应坐标图16

2.1.2　酶结合和催化动力学的发展17

2.2 酶作为催化剂活性的起源及理由18

2.2.1　关于酶活性最重要理论的年表18

2.2.2 酶活的由来：Kurz方程的推导19

2.2.3　Kurz方程的推论20

2.2.4 酶催化的有效性：超出Pauling假设的部分22

2.3　催化剂、工艺和工艺路线的性能指标23

2.3.1 催化剂的性能指标：活性、选择性和稳定性23

2.3.1.1 活性24

2.3.1.2　选择性24

2.3.1.3　稳定性25

2.3.2　工艺性能指标25

2.3.2.1 产品收率26

2.3.2.2　生物催化剂生产率26

2.3.2.3　生物催化剂的稳定性27

2.3.2.4　反应器的生产能力27

2.3.3　酶反应参数之间的关系28

2.3.3.1　速率加快程度28

2.3.3.2　催化速率常数kcat和失活速率常数kd的比值29

2.3.3.3 失活速率常数kd和总转换数TTN之间的关系29

2.3.4 工艺、原子经济和环境熵的性能评价标准30

3　微生物的分离与制备35

3.1 引言35

3.2　新酶的筛选37

3.2.1 自然生长速度37

3.2.2　微生物生态学的方法38

3.3　菌种开发38

3.3.1 微生物生产的工业产品39

3.3.2 菌种改良40

3.4　极端微生物41

3.4.1　工业用极端微生物42

3.5　生物催化剂的快速筛选43

4　生物催化中的分子生物学工具48

4.1 分子生物学基础：蛋白质水平与DNA水平49

4.2 DNA的分离和纯化51

4.2.1 DNA/RNA的定量52

4.3　基因的分离、检测和确认52

4.3.1 聚合酶链反应（PCR）53

4.3.2 PCR反应的优化53

4.3.3　特殊PCR技术55

4.3.3.1　嵌套PCR技术55

4.3.3.2 反向PCR技术56

4.3.3.3 RACE:cDNA末端的快速扩增56

4.3.4　Southern杂交57

4.3.4.1　探针的设计和标记58

4.3.4.2 杂交59

4.3.4.3　检测60

4.3.5 DNA测序60

4.4 克隆技术60

4.4.1　限制性酶切图谱61

4.4.2 载体61

4.4.3　连接63

4.5 宿主菌中酶的过量表达64

4.5.1　表达系统的选择64

4.5.2 大肠杆菌中基因的翻译和密码子偏好64

4.5.3　载体的选择65

4.5.3.1　包涵体的形成66

4.5.3.2　融合蛋白的表达67

4.5.3.3　表面表达67

4.5.4　真核基因在酵母中的表达68

5　酶反应工程71

5.1 动力学模型：基本原理和目标71

5.2　理想状态：理想动力学和理想反应器73

5.2.1　经典案例：米氏方程73

5.2.2　理想反应器的设计74

5.2.3　理想反应器中的积分式米氏方程75

5.2.3.1　案例1：无抑制75

5.3　存在不利性结合的酶：抑制作用76

5.3.1　抑制剂的种类76

5.3.2　底物和产物抑制的积分式米氏方程76

5.3.2.1 案例2：存在底物抑制剂的积分式米氏方程77

5.3.2.2　案例3：存在抑制剂的积分式米氏方程77

5.3.3 KI—[I]50的关系：机理性理解的另一个应用80

5.4　反应器工程81

5.4.1　酶反应器的构型81

5.4.1.1 反应器设计的无因次特征参数83

5.4.2 固定化酶反应器（活塞流固定床反应器）84

5.4.2.1　反应器设计方程84

5.4.2.2 固定化84

5.4.2.3 固定化反应器的最优条件85

5.4.3　膜式酶反应器（连续搅拌罐反应器，CSTR）85

5.4.3.1 设计方程式：反应器方程与停留时间85

5.4.3.2　膜式酶反应器的分类86

5.4.4 反应参数和反应器的选择原则87

5.5　不完全质量传递的酶反应：固定化的影响88

5.5.1　外部扩散（膜扩散）88

5.5.2 内部扩散（孔扩散）88

5.5.3　测定质量传递限制的方法90

5.5.4　质量传递对反应参数的影响91

5.6　不完全稳定的酶：失活动力学92

5.6.1　静态稳定性92

5.6.2　操作稳定性93

5.6.3　静态稳定性与操作稳定性的比较94

5.6.4　针对连续反应器中酶失活而添加新鲜酶的策略95

5.7　具有不完全选择性的酶：E值及其优化97

5.7.1　E值的推导97

5.7.2　通过转化率选择来优化消旋体拆分98

5.7.2.1 不可逆反应的优化98

5.7.2.2　平衡反应的对映选择性99

5.7.2.3　从转化-时间图确定对映体纯度100

5.7.3　通过温度选择优化对映体选择率E100

5.7.3.1　等转化温度的推导100

5.7.3.2　通过温度选择优化对映选择性的例子100

6　酶作为大宗活性物质的应用104

6.1 酶在衣用洗涤剂中的应用104

6.1.1 概述104

6.1.2　去除血渍和蛋渍的蛋白酶106

6.1.3　去除油渍的脂肪酶107

6.1.4　去除草渍和淀粉渍的淀粉酶107

6.1.5　纤维素酶107

6.1.6　漂白酶107

6.2　酶在纺织工业中的应用：石洗粗斜纹棉布和抛光棉布表面108

6.2.1　纺织工业用酶制剂及其作用方式108

6.2.2　纤维素酶：使表观更光洁109

6.2.3　石洗：牛仔布的生物石洗——返旧外表110

6.2.4　过氧化物酶110

6.3　酶在纸浆和造纸工业中的应用：用木聚糖酶或漆酶漂白纸浆111

6.3.1 概述111

6.3.2 木材112

6.3.2.1 纤维素112

6.3.2.2　半纤维素113

6.3.2.3 木质素113

6.3.3　造纸：硫酸盐制浆114

6.3.4　纸浆和造纸工业中酶的研究115

6.3.4.1 漆酶115

6.3.4.2　木聚糖酶116

6.3.4.3　造纸过程中的纤维素酶116

6.4　用于动物饲料的植酸酶：磷的利用116

6.4.1　畜牧业和环境116

6.4.2　植酸酶117

6.4.3　植酸酶的作用：磷的减少118

6.4.4　植酸酶的作用：对其他营养物的作用119

7　酶作为催化剂的应用122

7.1 酶作为基础化学品工业催化剂123

7.1.1 腈水合酶123

7.1.1.1 由丙烯腈制备丙烯酰胺123

7.1.1.2 由3-氰基吡啶制备烟酰胺124

7.1.1.3 由己二腈制备5氰基戊酰胺124

7.1.2　腈水解酶：由2-甲基戊二腈制备1,5-二甲基-2-哌啶酮125

7.1.3 甲苯双加氧酶：由顺式二氢二醇制备靛蓝或前列腺素125

7.1.4 醇腈酶（羟腈裂解酶，HNL）：由醛制备氰醇128

7.2　酶作为精细化学品工业催化剂129

7.2.1 手性、Cahn-Ingold-Prelog与Pfeiffer规则130

7.2.2　对映异构纯氨基酸131

7.2.2.1　氨基酸酰化酶131

7.2.2.2　酰胺酶133

7.2.2.3　海因酶／氨甲酰酶134

7.2.2.4　酮酸的还原性胺化（以L-叔亮氨酸为例）135

7.2.2.5　天门冬氨酸酶137

7.2.2.6　L-天门冬氨酸-β-脱羧酶138

7.2.2.7　L-2-氨基丁酸138

7.2.3　对映异构纯的羟基酸、醇和胺类139

7.2.3.1 富马酸酶139

7.2.3.2　用脂肪酶合成对映异构纯胺139

7.2.3.3　通过转氨作用合成对映异构纯胺139

7.2.3.4　用羰基还原酶制备羟基酯140

7.2.3.5 醇类和醇脱氢酶（ADH）141

7.3　酶作为食品工业催化剂142

7.3.1 高果糖浆（HFCS）和葡萄糖异构酶（GI）142

7.3.2　阿斯巴甜：通过酶法合成的非天然肽类甜味剂143

7.3.3　乳糖水解146

7.3.4　“营养素”：L-肉碱作为运动员营养和精力恢复剂146

7.3.5　脱羧酶改善啤酒风味148

7.4 酶作为催化剂用于农作物保护化学品的合成148

7.4.1 除草剂中间体：（R）-2-（4-羟基苯氧基）丙酸（HPOPS）148

7.4.2　转氨酶在生产农作物保护剂中的应用149

7.5 酶在大规模生产医药中间体中的应用150

7.5.1 青霉素G（或V）酰胺酶（PGA,PVA）：β-内酰胺前体，半合成的β-内酰胺150

7.5.2　麻黄素152

8　酶制造的生物技术加工步骤162

8.1 蛋白质的分离和纯化简介162

8.2　发酵基础164

8.2.1　培养基164

8.2.2 灭菌165

8.2.3　发酵周期165

8.2.4　发酵模型166

8.2.5　生长模型166

8.2.6　补料分批培养167

8.3　发酵及其主要难题：氧的传递168

8.3.1　细胞需氧量的确定168

8.3.2　发酵液中氧传递的计算169

8.3.3 kL,a和kLa的确定170

8.3.3.1　体积传氧系数kLa的测定方法170

8.4 下游加工：蛋白质的粗纯化171

8.4.1 分离（离心）171

8.4.2 匀浆破壁173

8.4.3 沉淀173

8.4.3.1 用水溶性有机溶剂进行沉淀175

8.4.3.2 为Hofmeister系列与Cohn-Edsall和Setschenow方程建立定量模型175

8.4.4 两水相萃取176

8.5 下游加工：蛋白质的浓缩和纯化177

8.5.1 透析（超滤）177

8.5.2 色谱178

8.5.2.1 色谱理论179

8.5.2.2 色谱类型180

8.5.3 干燥：喷雾干燥、冷冻干燥、储存稳定性181

8.6 生物催化剂纯化的例子181

8.6.1 例1：醇脱氢酶［来自L.brevis的（R）-ADH（Riebel,1997）］181

8.6.2 例2：来自Rhodococcus opacus的L-氨基酸氧化酶（Geueke 2002a.b）182

8.6.3 例3：来自耐热厌氧菌JW/SL-YS489的木糖异构酶183

9 蛋白质研究方法187

9.1　酶机制的相关性188

9.2　研究酶机制的实验方法188

9.2.1 产物的分布（Curtin-Hammett法则）188

9.2.2　酶动力学的稳态方法189

9.2.3 线性自由焓关系（LFERs）：Br？nsted和Hammett效应190

9.2.4　动力学同位素效应191

9.2.5　酶动力学的非稳态方法：活性部位滴定192

9.2.5.1　确定活性部位浓度192

9.2.6　酶反应机制的应用：过渡态类似物抑制剂192

9.3　酶测定方法194

9.3.1　蛋白质定量194

9.3.2　等电点的测定195

9.3.3 蛋白质单体分子质量的测定：SDS-PAGE195

9.3.4　寡聚体蛋白质的质量：排阻凝胶色谱（SEC）196

9.3.5　分子量的测定：质谱法（MS）197

9.3.6　氨基酸序列测定：胰蛋白酶降解法或酸、化学、酶消化法198

9.4　酶学机制：广义的酸-碱催化198

9.4.1　碳酸酐酶Ⅱ198

9.4.2　含钒卤过氧化物酶200

9.5 亲核催化201

9.5.1　丝氨酸蛋白酶201

9.5.2　半胱氨酸的亲核进攻204

9.5.3　脂肪酶，另一催化三元体机制204

9.5.4　金属蛋白酶206

9.6 亲电催化207

9.6.1 金属离子的利用：ADH，一种不同的催化三元体207

9.6.1.1 一种中长链醇脱氢酶（马肝醇脱氢酶）的催化机制207

9.6.1.2 一种短链脱氢酶，果蝇ADH的催化反应机制208

9.6.2　席夫碱的生成，第一部分：乙酰乙酸脱羧酶，醛缩酶211

9.6.3 带有磷酸吡哆醛（PLP）席夫碱的生成：丙氨酸消旋酶、氨基转移酶211

9.6.4 焦磷酸硫胺素（TPP）的利用：转酮酶212

10　蛋白质工程218

10.1 简介：蛋白质工程的要素218

10.2　蛋白质工程的方法219

10.2.1 融合PCR220

10.2.2　Kunkel方法221

10.2.3　用Stratagene的QuikChange试剂盒进行位点特异性突变222

10.2.4　组合链式反应（CCR）223

10.3 葡萄糖（木糖）异构酶（GI）与葡萄糖淀粉酶：耐热稳定性的提高224

10.3.1 葡萄糖异构酶（GI）热稳定性的提高224

10.3.2 葡萄糖异构酶（GI）的反应机理：扩散限制性葡萄糖异构酶？227

10.4　提高蛋白酶的抗氧化和抗热失活稳定性228

10.4.1 枯草杆菌蛋白酶氧化稳定性的提高228

10.4.2　枯草杆菌蛋白酶的热稳定性230

10.5　用蛋白质工程创造新酶230

10.5.1　乳酸脱氢酶的重新设计230

10.5.2　过氧化酶的人工合成231

10.6　改变脱氢酶的辅因子专一性232

10.7　氧化酶234

10.8　用定点突变改变对映异构选择性235

10.9　不同蛋白质工程技术的结合236

10.9.1 化学修饰突变体、化学修饰与蛋白质工程的结合236

10.9.2　用蛋白质工程与定向进化扩大底物专一性237

11 重组DNA技术的应用：定向进化242

11.1 蛋白质进化的背景243

11.1.1 定向进化的目的243

11.1.2　进化和可能性244

11.1.3　进化：保持基本的结构成分245

11.2　定向进化的步骤：产生多样性和检验目标物246

11.2.1 DNA文库中产生多样性247

11.2.2 阳性目的物检出：筛选与选择249

11.3　定向进化实验操作指南249

11.3.1 产生多样性：诱变方法249

11.3.2　产生多样性：重组方法250

11.3.2.1 DNA改组（DNA Shuffling）250

11.3.2.2　交错延伸过程（StEP）250

11.3.2.3 瞬时模板随机嵌合技术（RACHITT）251

11.3.3 目的物的检出：筛选方法252

11.3.4 目的物的检出：选择过程253

11.3.5　定向进化的其他技术253

11.4 定向进化应用的成功例子254

11.4.1 易错PCR的应用：在DMF中枯草杆菌蛋白酶的活性254

11.4.2　DNA改组的应用：对硝基苄酯酶基因重组254

11.4.3　热稳定性的提高：对硝基苄酯酶256

11.4.4　选择代替筛选：单体分支酸变位酶的创建256

11.4.5　对映体选择性的提高：铜绿假单胞菌脂肪酶256

11.4.6　对映体选择性的反转：乙内酰脲酶257

11.4.7 酶活性位点的重新设计：KDPG醛缩酶258

11.5　定向进化技术的比较258

11.5.1 易错PCR和DNA改组的比较：提高对抗生素的抗性258

11.5.2　蛋白质工程与定向进化的比较：转氨酶259

11.5.2.1　转氨酶的定向进化259

11.5.3　途径的定向进化：类胡萝卜素260

12　非传统介质中的生物催化266

12.1　有机溶剂中的酶266

12.2　有机介质中生物催化的优点267

12.2.1 优点1：增强反应物的溶解度267

12.2.2　优点2：在有机介质中改变反应平衡268

12.2.3　优点3：易于分离268

12.2.4　优点4：在有机溶剂中可增强酶的稳定性269

12.2.5　优点5：在有机溶剂中可改变酶的选择性269

12.3　酶在有机溶剂中的功能269

12.3.1　酶、反应和溶剂的范围269

12.3.2　水对有机相酶反应的重要性270

12.3.2.1 水分子在酶表面和有机相主体间的交换270

12.3.2.2 水活度271

12.3.3　有机溶剂中酶的物理有机化学271

12.3.3.1　活性位点和机制271

12.3.3.2　有机溶剂中酶分子的柔性272

12.3.3.3　过渡态和结合位点的极性与疏水性272

12.3.4　溶剂参数与酶性能的关系273

12.3.4.1　通过疏水性进行的调控：lgP的概念273

12.3.4.2　溶剂极性和疏水性与对映选择性的关系274

12.4　有机溶剂中酶的优化处理275

12.4.1 有机溶剂中酶的记忆275

12.4.2　有机溶剂中的酶活比水相低276

12.4.3　提高酶在有机溶剂中的选择性277

12.5　生物催化转化的新反应介质277

12.5.1 底物作溶剂（纯底物）：腈水合酶催化丙烯腈合成丙烯酰胺277

12.5.2　超临界溶剂278

12.5.3　离子液体279

12.5.4　乳状液：生产磷脂酰甘油（PG）279

12.5.5　微乳液280

12.5.6　液晶280

12.5.7　冰水混合物281

12.5.8　高密度共熔悬浮液283

12.5.9　高密度盐悬浮液284

12.5.10　固体对固体的合成反应284

12.6　将溶剂作为反应优化的参数（“介质工程”）286

12.6.1 底物专一性随反应介质改变而变化：丝氨酸蛋白酶的专一性286

12.6.2 区域选择性因有机溶剂介质的改变而变化287

12.6.3　通过溶剂控制硝苯地平的对映体选择性288

13　生物催化在制药中的应用294

13.1　抵抗疾病的酶抑制剂295

13.1.1 概述295

13.1.2　药用活性化合物的开发步骤296

13.1.3　新药注册过程297

13.1.4　手性与非手性药物298

13.2　酶作用与疾病生物学299

13.2.1　β-内酰胺抗生素299

13.2.2　胆固醇生物合成的抑制作用301

13.2.3　肺气肿、关节炎：人白细胞弹性蛋白酶（HLE）303

13.2.4　艾滋病：逆转录酶与HIV蛋白酶抑制剂306

13.3　生物催化在制药中的应用309

13.3.1　抗感染药310

13.3.2　抗胆固醇药物310

13.3.3　抗艾滋病药物312

13.3.3.1 阿巴卡韦（Abacavir）中间体312

13.3.3.2　罗布卡韦（Lobucavir）中间体312

13.3.3.3　顺式氨基茚满醇：茚地那韦（Indinavir,Crixivan？）的合成砌块313

13.3.4　高血压治疗药314

13.3.4.1　生物转化生产Omapatrilat314

13.3.4.2　脂肪酶反应生产心血管药物中间体315

13.4　特异性生物催化反应在制药中的应用317

13.4.1　用整细胞催化酮基化合物的还原317

13.4.1.1　曲美孕酮（Trimegestone）317

13.4.1.2　碳酸酐酶抑制剂L-685393前体的还原319

13.4.1.3 Montelukast319

13.4.1.4　LY300164320

13.4.2　青霉素酰化酶在制药中的应用320

13.4.2.1　Loracarbef？320

13.4.2.2　Xemilofibran321

13.4.3　脂肪酶与酯酶在制药中的应用322

13.4.3.1 LTD4拮抗剂MK-0571322

13.4.3.2 四氢利泼斯汀（Tetrahydrolipstatin）322

14　生物信息学327

14.1　起点：从功能到序列327

14.1.1 传统途径：从功能到序列327

14.1.2　新途径：从序列到功能328

14.2 生物信息学：生物信息学是什么，为什么现在需要它？（NCBI网页）329

14.2.1　什么是生物信息学？329

14.2.2　为什么需要生物信息学？329

14.2.3　为什么现在需要生物信息学？329

14.3　生物信息学工具：数据库、比对（alignment）、结构图谱331

14.3.1　可用数据库331

14.3.2 蛋白质结构数据库（PDB）331

14.3.3　Protein Explorer（蛋白质开发者软件）332

14.3.4　ExPASy服务器：Roche应用科学生化途径332

14.3.5　GenBank332

14.3.6　SwissPort333

14.3.7　有关酶的信息：以脱氢酶为例333

14.3.7.1 序列信息333

14.3.7.2　结构信息334

14.4　应用生物信息学工具（举例）335

14.4.1　BLAST335

14.4.2 利用ClustalW比对蛋白质序列337

14.4.3　任务：全基因组分析337

14.4.4　系统发育树339

14.5　生物信息学用于酶的结构信息340

14.6　结论与展望341

15　生物催化系统生物学343

15.1 系统生物学简介343

15.1.1　系统方法与简化法343

15.1.2　基因组的完成：人、蚯蚓及其他344

15.2　基因组学、蛋白质组学和其他组学345

15.2.1 基因组学345

15.2.2　蛋白质组学345

15.3　系统生物学的技术方法347

15.3.1 二维凝胶电泳（2D PAGE）347

15.3.1.1 用色谱或毛细管电泳进行分离348

15.3.1.2　用化学标签法分离349

15.3.2　质谱349

15.3.2.1 MALDI-TOF-MS（基质辅助激光解吸／离子化-飞行时间-质谱）352

15.3.2.2　ESI-三倍四极管质谱352

15.3.2.3　用离子阱分析器的ESI-MS353

15.3.3　DNA微阵列353

15.3.4　蛋白质微阵列353

15.3.5　生物催化中基因组学和蛋白质组学的应用355

15.3.5.1　乳酸菌和蛋白质组学355

15.4　代谢工程355

15.4.1　代谢工程的概念356

15.4.2　代谢工程实例357

16　生物催化功能的进化362

16.1　引言363

16.2 寻找蛋白质相关性的特征365

16.2.1　蛋白质相关性的分类：-log家族365

16.2.2　蛋白质家族的分类366

16.2.3　不同机制的支配论368

16.3 自然界新功能的进化368

16.3.1 双功能蛋白质370

16.3.1.1　兼职蛋白质370

16.3.1.2　催化混杂性（catalytic promiscuity）371

16.3.2 基因复制371

16.3.3 水平基因转移（HGT）372

16.3.4　环状排列374

16.4　α／β-桶形蛋白质作为研究蛋白质进化的模型374

16.4.1 为什么要研究α／β-桶形蛋白质？374

16.4.2　基因复制的例子：扁桃酸和α酮基己二酸途径377

16.4.2.1　功能的描述378

16.4.3　芳香环生物合成途径中功能的交换：Trp和His途径379

17　蛋白质的稳定性385

17.1　概述：蛋白质折叠、一级衰变、阿伦尼乌斯定律386

17.1.1 蛋白质折叠问题386

17.1.2　蛋白质为什么会折叠？386

17.2　二态模型：蛋白质的热力学稳定性（伸展）387

17.2.1 蛋白质的伸展和失活387

17.2.2 蛋白质的热力学388

17.3　三态模型：Lumry-Eyring方程389

17.3.1　酶的失活389

17.3.2　经典失活模型390

17.4 四态模型：蛋白质的聚合392

17.4.1　折叠、失活和聚合392

17.4.2　折叠和包涵体形成之间的竞争模型393

17.4.2.1 案例1：体外——不考虑蛋白质合成393

17.4.2.2 案例2：体内——考虑蛋白质合成394

17.5 蛋白质不稳定的原因：△G<0,γ（t），A395

17.5.1　热失活396

17.5.2　搅拌影响下的失活397

17.5.3　气泡影响下的失活398

17.5.4　水／有机相界面影响下的失活398

17.5.5　盐和溶剂影响下的失活398

17.6　蛋白质折叠的生物技术相关内容：包涵体399

17.7　小结：蛋白质的稳定化399

18　人工酶403

18.1 催化抗体404

18.1.1 催化抗体的原理：化学与免疫学的结合404

18.1.2　检测反应选择性、半抗原、机制和稳定性404

18.1.2.1　抗体催化反应的机制406

18.1.2.2　带电过渡态的稳定化407

18.1.2.3　抗体作为熵阱的效应407

18.1.3　抗体催化的反应范围408

18.1.3.1 与酶相比最快的抗体催化反应408

18.1.3.2　抗体催化的、而没有相应的酶能催化的反应408

18.1.3.3 稠环反应的例子：Claisen重排409

18.1.3.4 具有双重活性的抗体催化剂409

18.1.3.5　抗体催化反应的放大410

18.1.3.6　催化抗体的前景410

18.2　其他的类蛋白质催化剂：核酶和模拟酶410

18.2.1 核酶：RNA世界早于蛋白质世界吗？410

18.2.2　类蛋白质模拟酶411

18.3　新型酶活性的设计：酶模型（合成酶）412

18.3.1 概述412

18.3.2　基于结合步骤的酶模型：Diels-Alder反应412

18.3.3　具有结合与催化作用的酶模型414

18.4　非均相／固定化手性化学催化剂414

18.4.1　不同方法概述414

18.4.2　聚氨基酸的固定化作为手性聚合物催化剂415

18.4.3　在树脂或其他不溶性载体上的固定化415

18.4.4　带有树枝状载体（Dendrimer）的非均相化416

18.4.5　膜反应器中的非均相手性化学催化剂的截留417

18.4.6　通过相变回收有机金属催化剂：液-液萃取419

18.5　含酶的有机金属催化剂419

19　生物催化过程设计425

19.1 酶过程设计：高果糖浆（HFCS）426

19.1.1 用葡萄糖异构酶（GI）从葡萄糖生产HFCS：具体工艺426

19.1.2　葡萄糖异构酶（GI）酶动力学的数学模型426

19.1.3 固定床反应器中GI反应模型的评价428

19.1.4 固定床酶反应器的生产率430

19.2　酶膜反应器中精细化学品或药物中间体的制造432

19.2.1 概述432

19.2.2　膜反应器工艺参数的确定432

19.2.2.1　案例1：通过膜渗漏而没有失活433

19.2.2.2　案例2：酶的穿膜渗漏和失活并存434

19.2.2.3　酶膜反应器（EMRs）的设计准则434

19.2.3　膜反应器的大规模应用435

19.2.3.1 用于输液和作为新药结构单元的对映纯L-氨基酸435

19.2.3.2　水-有机两相膜反应器435

19.2.3.3　用酶膜反应器的其他工艺436

19.3　对映纯疏水醇的生产：不同工艺路线和反应器装置比较437

19.3.1 离体酶法438

19.3.2 整细胞法440

19.3.3　有机金属催化剂法442

19.3.4 不同催化还原反应策略的比较444

20　新工艺中生物催化剂与化学催化剂的比较450

20.1 （生物）催化工艺的评判标准451

20.1.1　讨论：Jacobsen的五项标准451

20.1.2　对Jabosen五项标准的评价452

20.2　生物催化新工艺与化学催化剂相比较所处的地位454

20.2.1 未来工艺过程的条件与框架454

20.2.2　布洛芬（止痛药）456

20.2.3　靛蓝（蓝色染料）457

20.2.4　薄荷醇（薄荷油香料）458

20.2.4.1　通过形成非对映异构体盐进行拆分459

20.2.4.2 使用Rh-BINAP的均相催化460

20.2.4.3　脂肪酶催化拆分外消旋薄荷醇酯460

20.2.5　抗坏血酸（维生素C）462

20.2.5.1 传统的Reichstein-Grüssner合成法462

20.2.5.2　两步法发酵一步化学法合成维生素C463

20.2.5.3　一步发酵一步化学法合成维生素C463

20.3 由代谢工程而来的途径工程464

20.3.1　基础化学品的途径工程：1,3-丙二醇464

20.3.2 医药中间体的途径工程：顺式氨基茚满醇466

索引471