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出版者:Springer Verlag

作者:Schomburg, Dietmar (EDT)/ Chang, Antje (EDT)

出品人:

页数:717

译者:

出版时间:

价格:329

装帧:HRD

isbn号码:9783540238553

丛书系列:

图书标签:

• Enzymes
• Biochemistry
• Molecular Biology
• Protein Chemistry
• Catalysis
• Bio catalysis
• Enzyme Kinetics
• Enzyme Mechanisms
• Biotechnology
• Life Sciences

精密催化与生物转化：现代酶学的前沿探索 图书名称： 精密催化与生物转化：现代酶学的前沿探索 (The Frontiers of Enzymology: Precision Catalysis and Biotransformation) 图书简介： 本书汇集了全球顶尖学者在酶学核心领域，特别是酶的结构-功能关系、新型酶的发现与工程改造、以及酶在工业和生物医学领域应用的最新研究成果。它旨在为生命科学、生物技术、化学工程和药物研发领域的科研人员、研究生以及专业人士提供一个全面、深入且具有前瞻性的知识平台。 第一部分：酶的结构、动力学与计算酶学 本部分深入剖析了酶催化作用背后的基本物理化学原理。我们从蛋白质晶体学和冷冻电镜（Cryo-EM）的最新进展入手，详细阐述了酶活性位点的三维构象、底物识别机制以及过渡态的稳定化过程。特别关注了“耦合运动”（Conformational Coupling）在催化循环中的核心作用，探讨了酶的柔性如何影响其选择性和反应速率。 计算酶学作为理解和预测酶行为的关键工具，在本部分占据重要篇幅。我们详细介绍了密度泛函理论（DFT）、分子动力学模拟（MD）在高精度计算酶催化机理中的应用，特别是如何模拟跨越能垒的质子转移和电子转移过程。同时，本书还收录了关于量子化学/分子力学（QM/MM）混合方法的实践指南，用以揭示复杂生物体系中关键化学步骤的能量学特征。我们探讨了如何利用先进的计算模型来解析“非经典”酶催化（如金属酶和硫胺素依赖酶）中的复杂电子结构变化。 第二部分：新型酶的发现、定向进化与理性设计 酶的自然多样性是生物技术创新的源泉。本部分着重介绍了探索和挖掘地球微生物群落中未被充分利用的酶资源的先进方法。内容涵盖宏基因组学（Metagenomics）在筛选极端环境微生物酶库中的突破，以及单细胞测序技术如何帮助我们定位特定代谢途径中的关键酶。 然而，自然界中的酶往往不满足工业化应用的苛刻要求（如高温度、有机溶剂耐受性或特定底物偏好）。因此，酶工程是本书的重点之一。我们详细介绍了定向进化（Directed Evolution）的最新迭代，包括非天然氨基酸扫描（NNK/NNS扫描）、DNA重组技术的应用，以及如何结合高通量筛选（HTS）技术来加速适应性突变体的发现。 更进一步，本书介绍了理性设计（Rational Design）的进步，尤其是在利用深度学习模型（如AlphaFold2的后续进展）预测蛋白质结构和功能的基础上，实现对酶活性位点的精准修饰。讨论了如何通过酶剪接（Enzyme Splicing）技术构建具有多功能催化域的嵌合酶（Chimeric Enzymes），以实现复杂多步反应的“一锅法”转化。 第三部分：酶在生物转化与工业应用中的前沿进展 本部分聚焦于将理解和改造后的酶转化为实际生产力的具体应用。 在生物催化（Biotransformation）领域，我们探讨了手性化合物的合成——这是药物和精细化学品生产的关键挑战。重点介绍了氧化还原酶（Reductases, Oxidases）、转移酶（Transferases）在构建复杂分子骨架中的精准应用，以及如何通过优化反应环境（如水性/非水性介质的切换）来提高反应的化学选择性（Chemoselectivity）和对映选择性（Enantioselectivity）。 固定化技术（Immobilization Techniques）是实现酶重复使用和工业放大的核心。本书详细对比了各种固定化载体（如介孔二氧化硅、共价键合聚合物、金属有机框架MOFs）的优缺点，并展示了如何通过精确控制酶与载体之间的相互作用，最大限度地保留酶的活性和稳定性。 第四部分：酶在生物医学与诊断中的创新应用 酶在疾病的分子诊断和新型疗法开发中扮演着不可替代的角色。本部分涵盖了生物传感器（Biosensors）的设计，重点介绍了基于酶促反应的荧光、电化学和表面等离子体共振（SPR）传感平台，用于实时监测代谢物、污染物或疾病标志物。 在酶促疗法（Enzymatic Therapy）方面，我们深入探讨了基因编辑工具（如CRISPR-Cas系统的核酸酶）的设计与递送策略。此外，本书还讨论了溶栓酶和溶瘤酶（Thrombolytic and Oncolytic Enzymes）在心血管疾病和癌症治疗中的最新临床前研究，以及如何利用酶来降解生物膜或清除毒性物质。 总结与展望： 本书最后总结了当前酶学研究面临的主要挑战，包括如何有效调控酶的“生物物理限制”（如热力学平衡和动力学瓶颈），以及如何通过“酶-反应器耦合”（Enzyme-Reactor Coupling）设计，实现从实验室到吨级生产的平稳放大。本书期望能激发读者对酶这一自然界最精妙催化剂的无限探索，推动生物技术的下一轮革命。

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