Biocatalysis Research Progress pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Romano, Francesco H. (EDT)/ Russo, Andrea (EDT)

出品人:

页数:365

译者:

出版时间:

价格:129

装帧:

isbn号码:9781604566192

丛书系列:

图书标签:

• Biocatalysis
• Enzyme Catalysis
• Biotechnology
• Chemical Biology
• Organic Chemistry
• Sustainable Chemistry
• Industrial Biotechnology
• Enzyme Engineering
• Metabolic Engineering
• Green Chemistry

《酶催化研究进展》简介 导言：绿色化学的基石 随着全球对可持续发展和环境保护的日益关注，传统化学合成方法中高能耗、高污染的问题日益凸显。在此背景下，生物催化，特别是酶催化，作为一种环境友好、高效、高选择性的合成工具，正迅速成为现代化学和生物技术领域的研究热点。《酶催化研究进展》旨在系统梳理和深入剖析近年来酶催化领域取得的突破性成就，为科研人员、工业界专业人士以及相关专业的学生提供一个全面、前沿的知识平台。 本书并非简单地罗列现有技术，而是致力于探讨酶催化机制的深层理解、酶的理性设计与进化、以及酶在复杂体系中的应用拓展，从而推动酶催化技术从实验室走向大规模工业化应用。 --- 第一部分：酶的结构、功能与调控机制 本部分聚焦于酶催化作用的基础科学原理，深入剖析了酶如何实现对化学反应的精准控制。 第一章：酶活性中心的微环境与反应动力学 本章详细考察了酶活性中心的三维结构如何决定其催化效率和底物特异性。内容涵盖了过渡态理论在酶催化中的应用，以及如何利用光谱学（如飞秒瞬态吸收光谱、核磁共振）技术实时观测酶促反应过程中的关键中间体和构象变化。重点讨论了溶剂效应、量子隧穿效应在高效催化中的作用。此外，对非经典催化机制，如质子供体/受体网络和金属辅助催化，进行了深入的案例分析。 第二章：酶的选择性调控与分子识别 酶的超高选择性是其区别于传统催化剂的核心优势。本章深入探讨了立体选择性、区域选择性和化学选择性背后的分子机制。内容包括：底物结合口袋的柔性与刚性对选择性的影响；酶-底物复合物的构象锁定机制；以及酶催化循环中重定位和活化步骤的速率控制。同时，本章也涵盖了活性调节机制，如变构效应（Allosteric regulation）如何通过远程信号传递来控制酶的开关和活性强度，这对于设计可控的生物催化系统至关重要。 第三章：酶的稳定性与环境适应性研究 工业应用对酶的耐受性提出了极高要求，包括对高温、高/低pH、有机溶剂以及高底物浓度的抵抗力。本章系统回顾了影响酶稳定性的关键因素，包括蛋白质的折叠动力学、聚集倾向以及表面疏水性。章节将重点介绍稳定化策略，如共价交联、固定化技术（详见后续章节），以及通过定向进化筛选获得具有增强热稳定性和耐受性的“工业级”酶分子。 --- 第二部分：酶的工程化与定向进化 本部分是连接基础研究与实际应用的关键桥梁，侧重于如何通过现代生物技术手段改造和优化天然酶。 第四章：理性酶设计与计算辅助催化 随着高通量测序和结构生物学技术的成熟，对酶进行理性设计成为可能。本章详细介绍了基于计算方法的酶工程策略。内容包括：从头设计（De novo design）新型催化口袋；利用分子动力学模拟预测酶的自由能面和过渡态结构，指导定点突变；以及基于量子化学（QM/MM）方法的催化机理验证。重点阐述了如何通过对酶活性位点周围残基的微调，显著提高反应速率或反转对映选择性。 第五章：高通量筛选与定向进化技术 定向进化是获取具有新功能或优化性能的酶的黄金标准技术。本章全面介绍了新一代高通量筛选技术，如微流控技术（Microfluidics）驱动的单细胞筛选、酵母展示（Yeast Display）、噬菌体展示（Phage Display）和核糖体展示（Ribosome Display）在酶库筛选中的应用。特别讨论了如何将机器学习和人工智能算法融入进化路径的选择，加速寻找最优突变组合。 第六章：非天然底物的酶促转化 拓展酶的应用范围，使其能够催化非天然或工业关键底物的反应，是酶工程的核心目标之一。本章聚焦于对酶的底物特异性进行改造。讨论了如何通过活性位点的空间重塑（如引入“适应性腔体”）来容纳大分子或具有空间位阻的底物。案例研究将涵盖脂肪酶对复杂酯类的水解、氧化还原酶对非天然辅因子的利用，以及如何利用脱水酶或脱卤酶进行C-H键活化等高难度转化。 --- 第三部分：酶催化在合成化学中的应用拓展 本部分将研究成果应用于具体的工业和药物合成领域，重点关注复杂反应的串联和固定化策略。 第七章：多酶串联催化系统与人工代谢网络 单一酶的局限性在于其只能完成单个步骤。本章探讨了如何构建复杂的多酶级联反应（Cascade Reactions），以实现多步、高效率的合成路线，尤其适用于天然产物和精细化学品的合成。内容包括：如何优化不同酶的最适操作条件（如pH和温度）以兼容串联反应；如何通过基因工程将多个酶共表达在同一个细胞内（一体化细胞工厂）；以及非酶化学步骤与酶催化步骤的无缝集成。 第八章：酶的固定化技术与生物反应器设计 将酶固定在固体载体上是实现其循环利用和提高稳定性的关键。本章详细对比了主要的固定化方法，包括吸附、共价偶联、包埋和交联聚合（CLEAs）。重点分析了载体材料（如介孔二氧化硅、聚合物微球、碳纳米管）的理化性质如何影响酶的活性保留率和操作寿命。此外，章节还探讨了固定化酶在固定床反应器（Packed-bed reactors）、膜反应器以及微反应器中的应用与工程放大挑战。 第九章：手性药物和农用化学品的绿色合成 酶催化在手性分子合成中具有无可替代的优势。本章集中展示了酶促拆分、不对称合成以及立体选择性官能团化的最新进展。涵盖了酮还原酶、转氨酶、环氧化酶和水解酶在关键手性中间体（如$alpha$-氨基酸、$eta$-内酰胺类药物前体）制备中的成功案例。强调了如何利用生物催化替代有毒的过渡金属催化剂，实现药物合成的本质安全和环境友好。 --- 结语：展望酶催化的未来 本书的最后部分展望了酶催化领域未来的发展方向，包括合成生物学在酶源发现中的作用、利用非天然介质（如深共熔溶剂）中的酶催化，以及开发能够精确控制氧化还原电势的酶电化学催化系统，预示着酶催化将继续引领化学合成方式的深刻变革。 《酶催化研究进展》 是一部深度融合了基础酶学、计算化学和应用生物工程的综合性著作，旨在推动该领域从“偶然发现”到“理性设计”的范式转变。

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