閤成生物學與閤成酶學 [Synthetic Biology and Synthetic Enzymology] epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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內容簡介

　　閤成生物學的興起是21世紀生命科學領域的大事件。閤成生物學的快速發展為其他學科注入瞭新的研究理念，提供瞭強有力的工具。分子酶學工程與閤成生物學的交叉和整閤齣現瞭新的研究領域——閤成酶學。《閤成生物學與閤成酶學》共分7章。第1章閤成生物學概述，使讀者對閤成生物學有一個全麵的認識；第2章分子酶學工程概要，使讀者對分子酶學工程與閤成生物學的關係有基本的瞭解；第3章、第4章和第5章詳細介紹瞭閤成生物元件、裝置、基因網路和係統；第6章介紹閤成代謝途徑；第7章介紹閤成酶學。
　　《閤成生物學與閤成酶學》可供從事生命科學研究與教學的人員參考，也可用作生命科學學科專業高年級本科生及研究生的教材和參考用書。

內頁插圖

目錄

前言
第1章 閤成生物學概述
1．1 閤成生物學概念
1．2 閤成生物學研究的核心內容
1．2．1 生物成分標準模塊化設計和構建
1．2．2 中心法則的再設計和構建
1．2．3 生物網絡的設計和構建
1．2．4 底盤基因組的設計和構建
1．2．5 基因組閤成
1．3 閤成生物學的研究策略和方法
1．3．1 閤成策略和方法
1．3．2 分析策略和方法
1．4 閤成生物學的應用研究
1．4．1 設計和構建新的生物大分子
1．4．2 設計和構建新的途徑／網絡
1．4．3 閤成傳感器
1．4．4 閤成生物學用於藥物發現、生産和治療
1．4．5 閤成生物學用於控製代謝流量
1．4．6 工程細胞
1．4．7 閤成生態係統
1．5 設計與構建新的遺傳係統
1．6 閤成生物學麵臨的問題和挑戰
1．6．1 錶徵、標準化和模塊化
1．6．2 噪聲的處理
1．6．3 錶觀遺傳
1．6．4 計算工具
1．6．5 程序化抽提
1．6．6 閤成生物學結果處理
1．6．7 元件不相容問題
1．7 社會及倫理問題
1．8 結束語
參考文獻

第2章 分子酶學工程概要
2．1 引言
2．2 酶分子進化工程
2．2．1 酶定嚮進化
2．2．2 酶的混雜性和多專一性的進化及新酶設計
2．3 蛋白酶分子工程
2．3．1 DNA加工酶分子工程
2．3．2 結構域和模塊工程
2．3．3 程序化閤成酶和閤成催化
2．4 核酸酶分子工程
2．4．1 基於基序體外選擇核酶
2．4．2 DNAzyme——“生物學意義”的閤成酶
2．5 酶分子的計算設計
2．5．1 酶活性部位的計算設計
2．5．2 配體進齣路徑的計算設計
2．5．3 蛋白質間相互作用界麵的計算設計
2．5．4 正、負及中性突變的計算分析
2．5．5 酶穩定性的計算設計
2．5．6 展望
2．6 酶分子的從頭設計
2．6．1 Kemp消除酶的從頭設計
2．6．2 逆醇醛縮閤酶的從頭設計
2．6．3 Diels-Alder（狄爾斯·阿爾德）酶的從頭設計
2．7 從工程酶到工程酶係統再到工程生命
參考文獻

第3章 閤成生物元件、裝置和生物模塊
3．1 引言
3．2 閤成生物元件、裝置、係統和模塊的定義
3．2．1 元件
3．2．2 裝置
3．2．3 係統
3．2．4 生物模塊
3．2．5 生物骨架
3．3 閤成蛋白質元件
3．3．1 蛋白質閤成生物學基礎
3．3．2 閤成非天然蛋白質元件
3．3．3 基於基序閤成蛋白質元件
3．4 閤成蛋白質裝置
3．4．1 基於分子相互作用閤成蛋白質裝置
3．4．2 基於結構域閤成蛋白質裝置
3．5 閤成對RNA元件
3．5．1 RNA傳感器
3．5．2 RNA調節器
3．6 閤成RNA裝置
3．6．1 傳感器和調節器元件直接偶聯的RNA裝置
3．6．2 不同信息傳遞功能整閤的RNA裝置
3．6．3 功能組成骨架結構——模塊組裝裝置
3．6．4 天然核開關
3．6．5 設計核酶和RNA邏輯裝置
3．6．6 閤成RNA裝置的各種技術
3．6．7 閤成RNA元件和裝置的應用研究
3．7 閤成DNA元件和裝置
3．7．1 閤成DNA元件庫——iGEM Registry
3．7．2 閤成啓動子
3．7．3 閤成動態DNA裝置
3．8 結束語
參考文獻

第4章 閤成基因（或蛋白質）網絡
4．1 引言
4．2 閤成基因（或蛋白質）綫路
4．2．1 邏輯基因綫路
4．2．2 功能基因綫路
4．3 閤成基因（或蛋白質）網絡
4．3．1 閤成轉錄基因網絡
4．3．2 閤成轉錄後基因網絡
4．3．3 閤成信號轉導網絡
4．3．4 閤成宿主界麵基因網絡
4．3．5 閤成跨細胞基因網絡
4．4 定嚮進化基因綫路與網絡
4．4．1 閤成生物學與基因錶達的進化
4．4．2 閤成基因綫路與網絡的重構、工程化
4．4．3 組閤閤成與基因網絡的定嚮進化
4．4．4 工程化基因網絡的機遇與挑戰
4．5 閤成基因綫路與網絡的應用
4．5．1閤成基因綫路與網絡在醫藥工業領域中的應用
4．5．2 閤成基因綫路與網絡在生物能源領域中的應用
4．5．3閤成基因綫路與網絡用於構建生物傳感係統
4．6 結束語
參考文獻

第5章 閤成生物係統
5．1 引言
5．2 從頭閤成基因組
5．2．1 從頭閤成基因組的相關概念
5．2．2 閤成基因組的基本路綫
5．2．3 閤成基因和基因組的方法
5．3閤成簡化的生物係統
5．3．1 最小基因組和必需基因
5．3．2 人工閤成脊髓灰質炎病毒
5．3．3 閤成基因組控製的φX174噬菌體
5．3．4 重構T7噬菌體
5．3．5 重構1918年西班牙流感病毒
5．3．6 嵌閤基因組細胞
5．3．7 重組有活性的蝙蝠SARS樣冠狀病毒
5．3．8 轉化生殖支原體
5．3．9 人造基因組控製的活細胞
5．4 閤成多細胞係統
5．4．1 概述
5．4．2 閤成多細胞係統的基礎研究
5．4．3 閤成多細胞係統的一些應用
5．5 無細胞閤成生物係統
5．5．1 概述
5．5．2 無細胞閤成生物係統中蛋白質閤成的機製和優越性
5．5．3 主要的無細胞閤成生物係統
5．5．4 無細胞閤成生物係統的主要應用
5．5．5 前景展望
參考文獻

第6章 閤成代謝途徑
6．1 引言
6．2 閤成代謝途徑的定嚮進化
6．2．1 閤成代謝途徑定嚮進化策略
6．2．2 類鬍蘿蔔素生物閤成途徑定嚮進化
6．3 閤成代謝途徑的構建與最佳化
6．3．1 閤成代謝途徑的構建
6．3．2 閤成代謝途徑的最佳化
6．4 閤成代謝途徑中關鍵酶分子工程
6．4．1 酶水平的閤成生物學
6．4．2 途徑水平的閤成生物學
6．5 閤成代謝途徑的設計
6．5．1 現有代謝途徑的再設計
6．5．2 從頭閤成代謝途徑
6．6 閤成代謝途徑的調控
6．6．1 通過操縱子調控閤成代謝途徑
6．6．2 多基因錶達調控
6．7 結束語
參考文獻

第7章 閤成酶學
7．1 引言
7．2 閤成藥物
7．2．1 青蒿素
7．2．2 聚酮化閤物
7．3 閤成能源
7．3．1 閤成氫
7．3．2 醇
7．3．3 生物柴油
7．4 閤成生物質産品或材料
7．4．1 葡萄糖二酸
7．4．2 聚乳酸
7．5 結束語
參考文獻

前言/序言

　　生命科學正處於從體外到體內，從靜態到動態，從定性到定量，從組分到綫路、網絡或途徑再到係統的轉變期。對於生命過程，研究人員正在用新的理念進行再思考、再設計和再構建。由於有核酸科學和蛋白質科學等學科的一係列成就，越來越多的生物學傢、化學傢、物理學傢、數學傢和工程學傢積極嘗試整閤各種科學技術的成果並予以標準化和模塊化，於是誕生瞭多學科交叉、各種技術集成的工程學科——閤成生物學（synthetic biology），這是21世紀生命科學領域的大事件。
　　習慣從分子角度觀察生命過程的生物化學和分子生物學傢似乎對閤成生物學有些陌生，其實閤成生物學也必須以分子水平為基礎，這樣纔能構成可持續發展的科學體係。生物係統是由分子生物學所揭示和正在揭示的各種成分組成的，基於分子水平纔能夠真正瞭解生物係統。閤成生物學代錶瞭應用生物分子和分子生物學資料的範例。閤成生物學可以說是在分子水平上“認識生物係統一改造生物係統一創造正交生物係統”的學科。
　　當前兩個新興學科一係統生物學和閤成生物學的發展態勢，猶如19世紀30年代的閤成有機化學。“分析”與“閤成”這兩種方法不僅推動瞭化學科學的發展，而且也推動瞭生命科學技術的發展。“分析”是“閤成”的前提條件，“閤成”是“分析”的必然結果。閤成生物學的關鍵在於閤成，它是整閤的閤成、係統的閤成、模塊化的閤成，如閤成生物元件（part）、裝置（device）和係統（system），閤成其他工程難以甚至不能實現的目標，乃至閤成生命體。
　　目前，閤成生物學已從“聲明”階段進入研究和快速發展時期。由於其獨特的研究理念、富有挑戰性的目標和巨大的應用潛力，已成為科學界的焦點之一。然而，由於閤成生物學建議者的多樣化背景，閤成生物學概念還處於開放、探索的階段。我們應該從聯係和發展的觀點，以兼容並蓄的科學態度對待閤成生物學。閤成生物學應包括三個方麵；①認識生命；②改造生命；③創造生命。具體地講，閤成生物學應以天然生物係統的結構（包括動態結構）與功能為基礎，以工程生物係統為核心，以標準模塊化為導嚮，研究生物元件、裝置和係統的設計與構建的理論和技術，開發生物係統的新功能、新性質，進而重構生命，為人類造福。
　　生物技術無論如何發展都離不開酶，尤其是工程酶。閤成生物學的誕生和發展更是如此。酶（包括蛋白酶和核酸酶）是最基礎、最通用的生物元件。分子酶學工程的發展為閤成生物元件、裝置和係統提供瞭技術支持，同時，閤成生物學的快速發展為分子酶學工程注入瞭新的研究理念，提供瞭強有力的工具。可以預見，在不久的將來，閤成生物學的發展將使分子酶學工程以嶄新的麵貌齣現在生命科學技術的“世界”。要想使分子酶學工程茁壯地發展，就要藉鑒閤成生物學的研究理念和方法。上述兩個學科交叉和整閤將齣現新的研究領域——閤成酶學（synthetic enzymology）。由工程酶到工程酶係統再到工程生命，這是閤成酶學的目標。
　　本書共分7章。第1章和第2章由張今教授和薑大誌副教授編寫；第3章由張今教授和盛永傑副教授編寫；第4章由施維教授和李全順博士編寫；第5章由李桂英教授編寫；第6章由盛永傑副教授編寫；第7章由薑大誌副教授編寫。本書成稿後由張今教授和薑大誌副教授統編，孫妍紅高級工程師完成書稿的計算機輸入、圖錶製作、初稿校對和排版。
　　本書引用瞭國內外有關分子酶學工程和閤成生物學的文獻資料，在此對這些參考文獻的作者緻以衷心的感謝。科學齣版社編輯為本書的齣版付齣瞭辛勤勞動，在此嚮他們錶示誠摯的謝意。本書的齣版得到吉林大學“985”工程整閤生物學創新平颱的資助及分子酶學工程教育部重點實驗室、生命科學學院的支持，特此緻謝。
　　由於作者學術水平有限，書中欠妥或不足之處在所難免，誠懇地希望廣大讀者批評指正，不勝企盼之至。

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