本書系統(tǒng)探討了酶法合成催化體系的構(gòu)建與機(jī)制研究，重點分析了脂肪酶、糖苷酶及低共熔溶劑在產(chǎn)物合成中的廣泛應(yīng)用，特別是在合成化學(xué)中的高級應(yīng)用。通過生物柴油和稀有人參皂苷等綠色轉(zhuǎn)化體系的實例，揭示了酶在工業(yè)應(yīng)用中的潛力，并詳細(xì)討論了酶穩(wěn)定化及性能調(diào)控的工程化策略。本書為生物催化與酶工程領(lǐng)域的研究人員提供了翔實的理論指導(dǎo)和實踐參考，也適合作為生命科學(xué)、生物技術(shù)等相關(guān)專業(yè)高年級本科生及研究生的教材或參考書。
酶作為高效、環(huán)保的生物催化劑，在能源、醫(yī)藥等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。然而，天然酶存在穩(wěn)定性差、易失活等問題，極大地限制了其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。目前亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問題包括：特異性酶的活性不高、所涉及酶及其催化機(jī)制仍不明確、酶蛋白分子結(jié)構(gòu)的酶學(xué)研究不系統(tǒng)，改善酶催化性能的研究仍處于探索階段，缺乏系統(tǒng)的理論支撐和高效的工程改造策略。
本書內(nèi)容主要聚焦于脂肪酶、糖苷酶酶法合成催化體系的構(gòu)建與機(jī)制研究，詳細(xì)探討了生物催化與酶工程的理論基礎(chǔ)、技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用實例。全書共分為5章。第1章綜述了生物催化與酶工程的發(fā)展，涵蓋了生物催化的基本概念、酶工程的最新進(jìn)展以及未來研究的動向與挑戰(zhàn)，為讀者提供全面的理論基礎(chǔ)。第2章介紹了脂肪酶在傳統(tǒng)催化應(yīng)用中的概況，詳細(xì)描述了脂肪酶的基本特性、應(yīng)用領(lǐng)域及其固定化技術(shù)，包括固定化方法和效果評估。通過分析脂肪酶催化油酸乙酯合成的具體案例，展示了脂肪酶在傳統(tǒng)體系構(gòu)建中的策略創(chuàng)新。第3章深入探討了脂肪酶的高級催化機(jī)理與應(yīng)用，分析了脂肪酶催化合成反應(yīng)的選擇性與效率，闡述了其催化機(jī)制與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，并通過Knoevenagel縮合反應(yīng)的實際案例，探索了相關(guān)生物大分子的催化設(shè)計。第4章探討了糖苷酶的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究，介紹了糖苷酶的種類、作用機(jī)理及其在傳統(tǒng)工業(yè)中的應(yīng)用，分析了糖苷酶轉(zhuǎn)化技術(shù)的發(fā)展與面臨的挑戰(zhàn)，并提出了優(yōu)化策略。并通過人參皂苷轉(zhuǎn)化的創(chuàng)新研究案例，展示了糖苷酶在創(chuàng)新策略與發(fā)展中的重要作用。第5章探討了糖苷酶在高級合成中的應(yīng)用與創(chuàng)新，介紹了新合成路徑的開發(fā)及糖苷酶的應(yīng)用潛力，深入解析了糖苷酶的催化機(jī)制及其活性與穩(wěn)定性研究。
本書通過具體案例和應(yīng)用實例，展示了酶在實際生產(chǎn)中的巨大應(yīng)用潛力，希望能為酶工程和生物催化領(lǐng)域的研究者提供有益的參考，推動酶法合成技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。
本書由李偉娜著。本書獲得了西北大學(xué)雙一流建設(shè)項目、國家自然科學(xué)基金面上項目（22378330）及國家重點研發(fā)項目天然活性產(chǎn)物生物制造技術(shù)（2021YFC2101500）的資助。西北大學(xué)生物工程系和化學(xué)工業(yè)出版社在本書編寫過程中提供了鼎力支持，研究生申文鳳、郭花、張興旺和韓鑫等對本書案例研究做出了重要貢獻(xiàn)，周子桐、雷佳駒、牛子陽等對本書進(jìn)行了修改及校對，在此一并表示感謝。
本書內(nèi)容的形成歷經(jīng)多個階段的積累與沉淀。在本書最終成稿之際，謹(jǐn)向在科研思維、學(xué)術(shù)訓(xùn)練與課題設(shè)計方面給予我悉心指導(dǎo)的譚天偉院士表示衷心感謝，是他為我奠定了堅實的專業(yè)基礎(chǔ)。同時，衷心感謝對本書相關(guān)研究工作給予重要指導(dǎo)與支持的范代娣教授，二位導(dǎo)師的教誨與引領(lǐng)貫穿于本書研究工作與寫作過程的始終，謹(jǐn)向他們致以最誠摯的謝意!
由于作者水平有限，加之本書涉及的領(lǐng)域?qū)挿�，如有疏漏或不妥之處，敬請讀者予以指正，使本書日臻完善。
著者
2025 年2 月
第1章 生物催化與酶工程綜述 001
1.1 生物催化概論 001
1.2 酶工程進(jìn)展 002
1.3 研究動向與挑戰(zhàn) 003
參考文獻(xiàn) 003
第2章 脂肪酶傳統(tǒng)催化應(yīng)用 006
2.1 脂肪酶概述 006
2.1.1 脂肪酶的基本特性 006
2.1.2 脂肪酶的應(yīng)用領(lǐng)域 009
2.2 脂肪酶固定化技術(shù) 011
2.2.1 固定化材料及方法 012
2.2.2 固定化效果評估 017
2.3 油酸乙酯合成研究案例 018
2.3.1 低價油酯化制備油酸乙酯生物柴油 019
2.3.2 脂肪酶固定化工藝創(chuàng)新 020
2.3.3 無溶劑油酸乙酯化反應(yīng)催化 039
2.3.4 其他酯化反應(yīng)的催化 046
參考文獻(xiàn) 046
第3章 脂肪酶高級催化機(jī)理與應(yīng)用 050
3.1 脂肪酶在合成反應(yīng)中的作用 050
3.1.1 脂肪酶催化合成反應(yīng) 050
3.1.2 脂肪酶的催化多樣性與應(yīng)用 050
3.2 脂肪酶催化原理 051
3.2.1 結(jié)構(gòu)與催化機(jī)制 051
3.2.2 混雜性機(jī)制 051
3.3 生物催化Knoevenagel 縮合反應(yīng)案例研究 053
3.3.1 脂肪酶催化底物混雜性能探究 053
3.3.2 核酸催化反應(yīng)動力學(xué)機(jī)理 063
3.3.3 核酸催化動力學(xué)研究方法 064
參考文獻(xiàn) 073
第4章 糖苷酶基礎(chǔ)及應(yīng)用研究 078
4.1 糖苷酶概述 078
4.2 糖苷酶生產(chǎn)與分類 078
4.2.1 糖苷酶生產(chǎn)技術(shù) 078
4.2.2 糖苷酶分類 083
4.3 糖苷酶傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用 084
4.3.1 生物燃料 085
4.3.2 食品和飲料 086
4.3.3 制藥應(yīng)用 086
4.3.4 微量活性化合物生產(chǎn) 086
4.4 糖苷酶轉(zhuǎn)化技術(shù)的發(fā)展與挑戰(zhàn) 087
4.4.1 糖苷酶合成策略 087
4.4.2 溶劑工程 089
4.4.3 酶固定化 091
4.4.4 面臨的挑戰(zhàn) 093
4.5 人參皂苷轉(zhuǎn)化創(chuàng)新研究案例 095
4.5.1 低共熔溶劑體系下的底物補(bǔ)料分批轉(zhuǎn)化工藝研究 096
4.5.2 羧化殼聚糖包被的磁性納米顆粒固定化酶 103
參考文獻(xiàn) 111
第5章 糖苷酶在高級合成中的應(yīng)用與創(chuàng)新 118
5.1 糖苷酶在高級合成中的應(yīng)用 118
5.1.1 新合成路徑的開發(fā) 118
5.1.2 糖苷酶的應(yīng)用潛力 119
5.1.3 問題和展望 120
5.2 糖苷酶結(jié)構(gòu)機(jī)理解析 121
5.2.1 催化機(jī)理 121
5.2.2 活性位點結(jié)構(gòu)特征 124
5.2.3 機(jī)制工程 125
5.3 糖苷酶工程創(chuàng)新與展望 126
5.3.1 細(xì)胞工廠的優(yōu)化 126
5.3.2 酶功能特性的調(diào)控 126
5.3.3 體系構(gòu)建的展望 127
5.4 酶熱穩(wěn)定性及機(jī)制研究案例 128
5.4.1 硫化葉菌嗜熱糖苷水解酶 128
5.4.2 糖基轉(zhuǎn)移酶Bs-YjiC 141
參考文獻(xiàn) 155
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