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出版者:Springer Verlag

作者:Schomburg, Dietmar (EDT)/ Schomburg, Ida (EDT)

出品人:

页数:598

译者:

出版时间:

价格:329

装帧:HRD

isbn号码:9783540225157

丛书系列:

图书标签:

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

好的，这是一份关于《Springer Handbook of Enzymes》以外的，内容详尽的图书简介。请注意，这份简介将完全聚焦于介绍一本不同的、假想的、但结构和深度与专业手册相当的图书，以满足您的要求。 --- 《生物催化与代谢工程前沿：酶动力学、定向进化与合成生物学整合应用手册》（Frontiers in Biocatalysis and Metabolic Engineering: Integrated Applications in Enzyme Kinetics, Directed Evolution, and Synthetic Biology） 导言：跨越传统界限的生物技术新范式 在二十一世纪的生物技术领域，对生命系统进行精确、高效的调控已成为核心驱动力。传统的酶学研究，虽然奠定了坚实的基础，但已不足以应对工业界和医学领域对新型、稳定、功能化生物催化剂的迫切需求。《生物催化与代谢工程前沿：酶动力学、定向进化与合成生物学整合应用手册》正是为填补这一知识鸿沟而编写的综合性巨著。 本书汇集了全球顶尖的化学家、生物工程师和合成生物学家，旨在系统地梳理并深入探讨现代酶工程学的核心技术栈，重点关注如何将基础酶动力学原理无缝地迁移到复杂的、基因组尺度的生物系统中，以实现高效的化学合成、药物开发和生物燃料生产。我们不仅关注单个酶的性能优化，更着眼于如何将这些优化后的“分子机器”集成到功能性细胞工厂中，从而构建可预测、可编程的生物系统。 --- 第一部分：高级酶动力学与结构功能解析（Advanced Enzyme Kinetics and Structure-Function Elucidation） 本部分是理解酶行为的基石，但其视角远超经典的米氏方程分析。它深入探讨了非稳态态动力学、瞬态过程，以及在复杂、非均相介质中酶的行为。 第一章：超快酶反应的解析 详细阐述了使用飞秒光谱、皮秒瞬态吸收和弛豫技术来捕获反应中间体和过渡态结构的必要性。重点讨论了能量传递机制、质子转移的量子隧穿效应，以及如何通过计算化学（如密度泛函理论DFT和分子动力学模拟）来验证实验观察结果。深入分析了底物通道和产物释放的速率限制步骤，并介绍了利用单分子酶学技术克服群体平均效应的最新进展。 第二章：环境对酶活性的调控 本章着重考察了超越pH和温度的复杂环境因素。详细分析了离子强度梯度、水活度（aW）的精确控制对酶催化效率、稳定性和立体选择性的影响。对于膜结合酶和多聚体酶系统，探讨了脂质双分子层和细胞骨架相互作用对活性口袋构象重塑的精确机制。 第三章：多酶复合体与代谢流的动态平衡 超越对单个酶的研究，本部分深入探讨了天然和人工的酶通路（Metabolic Channeling）。详细解析了如糖酵解或萜类合成通路中，酶与酶之间的物理耦合如何通过空间隔离和中间产物快速传递，从而提高整体通量并抑制副反应。引入了先进的生物物理方法，如冷冻电镜（Cryo-EM）和X射线晶体学，来解析这些复合体的动态结构。 --- 第二部分：定向进化与理性设计的整合策略（Integration of Directed Evolution and Rational Design Strategies） 本部分聚焦于如何系统地、可预测地改造天然酶，使其适应非天然底物或极端操作条件。 第四章：下一代高通量筛选技术 本书详细介绍了微流控芯片（Microfluidics）在酶筛选中的革命性作用。重点阐述了液滴数字PCR（ddPCR）原理在筛选单个细胞或单个酶分子活性测定中的应用，以及如何将荧光报告分子与筛选信号进行精确耦合。对比了基于合成生物学（如转录激活样效应器TALEs）的表型与基因型连锁筛选方法。 第五章：计算辅助的蛋白质工程 探讨了如何利用深度学习模型（如AlphaFold的衍生模型）对酶活性位点进行精确预测和突变设计。详细阐述了基于自由能微扰（FEP）和热力学积分（TI）的分子动力学方法，用于预测特定氨基酸替换对催化常数（kcat/KM）的改变，从而指导理性设计，减少盲目筛选的工作量。 第六章：进化导航：从体外到体内进化 本章将定向进化（Directed Evolution）的应用范围从体外试剂盒扩展到活细胞环境。深入探讨了“适应性实验室进化”（ALE）在优化细胞代谢路径中的应用，以及如何使用CRISPR/Cas系统精确地在基因组层面引入进化驱动力，实现对宿主菌株整体稳定性和产物产率的协同优化。 --- 第三部分：代谢工程与合成生物学中的酶集成（Enzyme Integration in Metabolic Engineering and Synthetic Biology） 这是本书的核心应用部分，强调如何将优化后的酶整合到功能完整的生物系统中。 第七章：生物途径的模块化设计与组装 详细介绍了合成生物学的工具箱，特别是用于酶反应器设计的标准化方法。讨论了如何利用Golden Gate装配、Gibson装配和CRISPR/Cas12a/Cas13系统来快速、可预测地组装多酶级联反应。重点分析了如何平衡不同酶在宿主细胞中的表达水平，以避免代谢瓶颈或中间产物积累。 第八章：设计新型的“非天然”代谢网络 本章聚焦于构建全新的生命化学反应路径。探讨了如何引入异源酶系来合成自然界中不存在的化合物（如新型聚酮化合物或非天然氨基酸）。详细解析了如何利用甲酸/甲醇代谢网络作为碳源，通过引入C1转化酶（如甲酸脱氢酶和丝氨酸羟甲基转移酶的优化变体），实现从廉价C1资源到高价值化学品的转化。 第九章：细胞工厂的稳健性与可预测性 实现工业化转化的关键在于系统的稳健性。本章深入探讨了宿主-酶相互作用的工程学。分析了表达外源酶时，宿主细胞的内源代谢压力反应（如氧化应激、营养限制）如何影响酶的活性和稳定性。介绍了利用动态反馈回路（如基于体温计启动子或小分子诱导系统）来实时调控酶表达，以应对底物浓度波动的先进策略。 --- 结语：迈向全细胞催化与生物制造的未来 本书的终极目标是为研究人员和工程师提供一个全面的框架，以应对当前生物制造领域最棘手的挑战：如何从单一酶的功能优化，过渡到具有可预测输出的全细胞催化系统。本书所涵盖的知识体系，标志着生物催化研究已从“发现酶”时代迈入了“设计系统”时代。它不仅是当前研究的详尽记录，更是未来十年生物技术创新蓝图的指南。 目标读者群体： 生物化学家、生物化学工程人员、药物化学家、合成生物学研究人员、生物技术产业研发人员及相关专业高年级研究生。

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