定 價(jià)：68 元
叢書(shū)名：“十二五”國(guó)家重點(diǎn)圖書(shū)出版規(guī)劃項(xiàng)目
- 作者：張今等編著
- 出版時(shí)間：2012/4/1
- ISBN：9787030339881
- 出 版 社：科學(xué)出版社
- 中圖法分類(lèi)：Q503
- 頁(yè)碼：288
- 紙張：膠版紙
- 版次：1
- 開(kāi)本：16K
合成生物學(xué)的興起是21世紀(jì)生命科學(xué)領(lǐng)域的大事件。合成生物學(xué)的快速發(fā)展為其他學(xué)科注入了新的研究理念，提供了強(qiáng)有力的工具。分子酶學(xué)工程與合成生物學(xué)的交叉和整合出現(xiàn)了新的研究領(lǐng)域——合成酶學(xué)�！逗铣缮飳W(xué)與合成酶學(xué)》共分7章。第1章合成生物學(xué)概述，使讀者對(duì)合成生物學(xué)有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)；第2章分子酶學(xué)工程概要，使讀者對(duì)分子酶學(xué)工程與合成生物學(xué)的關(guān)系有基本的了解；第3章、第4章和第5章詳細(xì)介紹了合成生物元件、裝置、基因網(wǎng)路和系統(tǒng)；第6章介紹合成代謝途徑；第7章介紹合成酶學(xué)。
《合成生物學(xué)與合成酶學(xué)》可供從事生命科學(xué)研究與教學(xué)的人員參考，也可用作生命科學(xué)學(xué)科專(zhuān)業(yè)高年級(jí)本科生及研究生的教材和參考用書(shū)。
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張今、施維、李桂英、盛永杰、姜大志等編寫(xiě)的這本《合成生物學(xué)與合成酶學(xué)》向讀者提供了合成生物學(xué)的目前狀況及其在分子酶學(xué)工程領(lǐng)域發(fā)展和應(yīng)用的主線，內(nèi)容涵蓋概論、酶分子進(jìn)化與設(shè)計(jì)、合成生物部件與組件、合成基因(或蛋白質(zhì))線路圖、合成基因(或蛋白質(zhì))網(wǎng)路、合成生物系統(tǒng)、合成代謝、合成酶學(xué)等。
目錄
前言
第1章 合成生物學(xué)概述 1
1.1 合成生物學(xué)概念 2
1.2 合成生物學(xué)研究的核心內(nèi)容 5
1.2.1 生物成分標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)和構(gòu)建 7
1.2.2 中心法則的再設(shè)計(jì)和構(gòu)建 8
1.2.3 生物網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和構(gòu)建 9
1.2.4 底盤(pán)基因組的設(shè)計(jì)和構(gòu)建 14
1.2.5 基因組合成 16
1.3 合成生物學(xué)的研究策略和方法 18
1.3.1 合成策略和方法 18
1.3.2 分析策略和方法 25
1.4 合成生物學(xué)的應(yīng)用研究 26
1.4.1 設(shè)計(jì)和構(gòu)建新的生物大分子 26
1.4.2 設(shè)計(jì)和構(gòu)建新的途徑／網(wǎng)絡(luò) 27
1.4.3 合成傳感器 29
1.4.4 合成生物學(xué)用于藥物發(fā)現(xiàn)、生產(chǎn)和治療 31
1.4.5 合成生物學(xué)用于控制代謝流量 32
1.4.6 工程細(xì)胞 33
1.4.7 合成生態(tài)系統(tǒng) 34
1.5 設(shè)計(jì)與構(gòu)建新的遺傳系統(tǒng) 35
1.6 合成生物學(xué)面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn) 36
1.6.1 表征、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化 36
1.6.2 噪聲的處理 36
1.6.3 表觀遺傳 37
1.6.4 計(jì)算工具 37
1.6.5 程序化抽提 37
1.6.6 合成生物學(xué)結(jié)果處理 38
1.6.7 元件不相容問(wèn)題 38
1.7 社會(huì)及倫理問(wèn)題 38
1.8 結(jié)束語(yǔ) 38
參考文獻(xiàn) 39
第2章 分子酶學(xué)工程概要 41
2.1 引言 42
2.2 酶分子進(jìn)化工程 43
2.2.1 酶定向進(jìn)化 43
2.2.2 酶的混雜性和多專(zhuān)一性的進(jìn)化及新酶設(shè)計(jì) 46
2.3 蛋白酶分子工程 55
2.3.1 DNA加工酶分子工程 55
2.3.2 結(jié)構(gòu)域和模塊工程 58
2.3.3 程序化合成酶和合成催化 61
2.4 核酸酶分子工程 65
2.4.1 基于基序體外選擇核酶 65
2.4.2 DNAzyme——“生物學(xué)意義”的合成酶 67
2.5 酶分子的計(jì)算設(shè)計(jì) 69
2.5.1 酶活性部位的計(jì)算設(shè)計(jì) 70
2.5.2 配體進(jìn)出路徑的計(jì)算設(shè)計(jì) 71
2.5.3 蛋白質(zhì)問(wèn)相互作用界面的計(jì)算設(shè)計(jì) 73
2.5.4 止、負(fù)及中性突變的計(jì)算分析 73
2.5.5 酶穩(wěn)定性的計(jì)算設(shè)計(jì) 75
2.5.6 展望 75
2.6 酶分子的從頭設(shè)計(jì) 76
2.6.1 Kemp消除酶的從頭設(shè)計(jì) 76
2.6.2 逆醇醛縮合酶的從頭設(shè)計(jì) 78
2.6.3 Diels-Alder（狄爾斯-阿爾德）酶的從頭設(shè)計(jì) 82
2.7 從工程酶到工程酶系統(tǒng)再到工程生命 84
參考文獻(xiàn) 86
第3章 合成生物元件、裝置和生物模塊 87
3.1 引言 88
3.2 合成生物元件、裝置、系統(tǒng)和模塊的定義 89
3.2.1 元件 89
3.2.2 裝置 89
3,2.3 系統(tǒng) 89
3.2.4 生物模塊 90
3.2.5 生物骨架 91
3.3 合成蛋白質(zhì)元件 92
3.3.1 蛋白質(zhì)合成生物學(xué)基礎(chǔ) 92
3.3.2 合成非天然蛋白質(zhì)元件 93
3.3.3 基于基序合成蛋白質(zhì)元件 96
3.4 合成蛋白質(zhì)裝置 101
3.4.1 基于分子相互作用合成蛋白質(zhì)裝置 101
3.4.2 基于結(jié)構(gòu)域合成蛋白質(zhì)裝置 103
3.5 合成RNA元件 107
3.5.1 RNA傳感器 108
3.5.2 RNA調(diào)節(jié)器 108
3.6 合成RNA裝置 112
3.6.1 傳感器和調(diào)節(jié)器元件直接偶聯(lián)的RNA裝置 112
3.6.2 不同信息傳遞功能整合的RNA裝置 112
3.6.3 功能組成骨架結(jié)構(gòu)——模塊組裝裝置 1 13
3.6.4 天然核開(kāi)關(guān) 115
3.6.5 設(shè)計(jì)核酶和RNA邏輯裝置 115
3.6.6 合成RNA裝置的各種技術(shù) 117
3.6.7 合成RNA元件和裝置的應(yīng)用研究 1 18
3.7 合成DNA元件和裝置 119
3.7.1 合成DNA元件庫(kù)——iGEM Registry 119
3.7.2 合成啟動(dòng)子 120
3.7.3 合成動(dòng)態(tài)DNA裝置 120
3.8 結(jié)束語(yǔ) 123
參考文獻(xiàn) 124
第4章 合成基因（或蛋白質(zhì)）網(wǎng)絡(luò) 127
4.1 引言 128
4.2 合成基因（或蛋白質(zhì)）線路 129
4.2.1 邏輯基因線路 129
4.2.2 功能基因線路 133
4.3 合成基因（或蛋白質(zhì)）網(wǎng)絡(luò) 136
4.3.1 合成轉(zhuǎn)錄基因網(wǎng)絡(luò) 137
4.3.2 合成轉(zhuǎn)錄后基因網(wǎng)絡(luò) 140
4.3.3 合成信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò) l42
4.3.4 合成宿主界面基因網(wǎng)絡(luò) 143
4.3.5 合成跨細(xì)胞基因網(wǎng)絡(luò) 144
4.4 定向進(jìn)化基因線路與網(wǎng)絡(luò) 146
4,4 I合成生物學(xué)與基因表達(dá)的進(jìn)化 146
4.4.2 合成基因線路與網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)、工程化 148
4.4.3 組合合成與基因網(wǎng)絡(luò)的定向進(jìn)化 152
4.4.4 工程化基因網(wǎng)絡(luò)的機(jī)遇與挑戰(zhàn) 154
4.5 合成基因線路與網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 155
4.5.1 合成基因線路與網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)藥工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用 155
4.5.2 合成基因線路與網(wǎng)絡(luò)在生物能源領(lǐng)域中的應(yīng)用 156
4.5.3 合成基因線路與網(wǎng)絡(luò)用丁構(gòu)建生物傳感系統(tǒng) 156
4.6 結(jié)束語(yǔ) 157
參考文獻(xiàn) 158
第5章 合成生物系統(tǒng) 161
5.1 引言 162
5.2 從頭合成基因組 162
S 2.1 從頭合成基因組的相關(guān)概念 163
5.2.2 合成基因組的基本路線 164
5.2.3 合成基因和基因組的方法 164
5.3 合成簡(jiǎn)化的生物系統(tǒng) 174
5.3.1 最小基因組和必需基因 174
5.3.2 人工合成脊髓灰質(zhì)炎病毒 175
5.3.3 合成基因組控制的X174噬菌體 176
5.3.4 重構(gòu)T7噬芮體 177
5.3.5 重構(gòu)1918年西班牙流感病毒 177
5.3.6 嵌合基因組細(xì)胞 178
5.3.7 重組有活性的蝙蝠SARS樣冠狀病毒 178
5.3.8 轉(zhuǎn)化生殖支原體 179
S 3.9 人造基因組控制的活細(xì)胞 180
5.4 合成多細(xì)胞系統(tǒng) 181
S 4.1 概述 181
5.4.2 合成多細(xì)胞系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究 182
S 4.3 合成多細(xì)胞系統(tǒng)的一些應(yīng)用 191
5.5 無(wú)細(xì)胞合成生物系統(tǒng) 194
S 5.1 概述 194
5.5.2 無(wú)細(xì)胞合成生物系統(tǒng)中蛋白質(zhì)合成的機(jī)制和優(yōu)越性 195
S 5.3 主要的無(wú)細(xì)胞合成生物系統(tǒng) 196
5.5.4 無(wú)細(xì)胞合成生物系統(tǒng)的生要應(yīng)用 197
5.5.5 前景展望 199
參考文獻(xiàn) 199
第6章 合成代謝途徑 205
6.1 引言 206
6.2 合成代謝途徑的定向進(jìn)化 207
6.2.1 合成代謝途徑定向進(jìn)化策略 207
6.2.2 類(lèi)胡蘿卜素生物合成途徑定向進(jìn)化 210
6.3 合成代謝途徑的構(gòu)建與最佳化 214
6.3.1 合成代謝途徑的構(gòu)建 214
6.3.2 合成代謝途徑的最佳化 216
6.4 合成代謝途徑中關(guān)鍵酶分了工程 217
6.4.1 酶水平的合成生物學(xué) 218
6.4.2 途徑水平的合成生物學(xué) 221
6.5 合成代謝途徑的設(shè)計(jì) 226
6.5.1 現(xiàn)有代謝途徑的再設(shè)計(jì) 228
6.5.2 從頭合成代謝途徑 231
6.6 合成代謝途徑的調(diào)控 234
6.6.1 通過(guò)操縱子調(diào)控合成代謝途徑 235
6.6.2 多基因表達(dá)調(diào)控 235
6.7 結(jié)束語(yǔ) 237
參考文獻(xiàn) 237
第7章 合成酶學(xué) 241
7.1 引言 242
7.2 合成藥物 242
7.2.1 青蒿素 243
7.2.2 聚酮化合物 248
7.3 合成能源 252
7.3.1 合成氧 252
7.3.2 醇 264
7.3.3 生物柴油 277
7.4 合成生物質(zhì)產(chǎn)品或材料 281
7.4.1 葡萄糖二酸 281
7.4.2 聚乳酸 283
7.5 結(jié)束語(yǔ) 284
參考文獻(xiàn) 285
合成生物學(xué)與合成酶學(xué)
1.1 合成生物學(xué)概念
合成生物學(xué)（synthetic biology ）是21 世紀(jì)初誕生的一門(mén)新興工程學(xué)科，并有望成
為21 世紀(jì)引領(lǐng)生命科學(xué)技術(shù)發(fā)展的帶頭學(xué)科。關(guān)于合成生物學(xué)，國(guó)內(nèi)開(kāi)展了相關(guān)研究（張春霆，2009 ；宋凱，2010 ；張柳燕等，2010）。例如，天津大學(xué)生物信息學(xué)中心建立了必需基因數(shù)據(jù)庫(kù)DEG，其系統(tǒng)生物工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用兩個(gè)群體感應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)回路，設(shè)計(jì)和構(gòu)建了一個(gè)合成生態(tài)系統(tǒng)；清華大學(xué)生物信息學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了代謝通路的逆向工程設(shè)計(jì)；北京大學(xué)iGEM 團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了一種由多個(gè)模塊組成的新的遺傳時(shí)序邏輯線路；中國(guó)科技大學(xué)開(kāi)發(fā)出一種人工轉(zhuǎn)錄元件的通用化設(shè)計(jì)策略；中國(guó)科學(xué)院心理研究所于2007 年參與歐盟第六框架設(shè)計(jì)合成生物學(xué)研究
（Programmable Bacterial Catalysts，PROBACTYS），在重要微生物全基因組水平代謝網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方面作出了貢獻(xiàn)。
合成生物學(xué)位于生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)和工程學(xué)研究領(lǐng)域的接口處，它的誕生和發(fā)展是上述領(lǐng)域交叉的結(jié)果，但其誕生最直接的基礎(chǔ)應(yīng)是生物化學(xué)與分子生物學(xué)。1953 年，Watson 和Crick 提出了DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，從此開(kāi)辟了分子生物學(xué)研究領(lǐng)域。1958 年，Crick 提出了分子生物學(xué)中心法則，給出了生命的基本過(guò)程和性質(zhì)。工程中心法則是合成生物學(xué)最核心的研究?jī)?nèi)容之一。1961 年，Jacob 和Monod 提出了基因表達(dá)調(diào)控的操縱子模型，它是合成生物學(xué)中基因線路設(shè)計(jì)和構(gòu)建的基礎(chǔ)（Jacob and Monod，1961）。1970 年，Smith 闡明了DNA 限制酶，DNA 限制酶與DNA 連接酶聯(lián)合應(yīng)用，誕生了DNA 重組技術(shù)，是合成生物學(xué)誕生最直接的分子酶學(xué)工程背景。1974 年，波蘭科學(xué)家Szybalski 根據(jù)分子生物學(xué)的成熟度展望了生物學(xué)發(fā)展的可能性，指出“直到現(xiàn)在，我們繼續(xù)工作在分子生物學(xué)階段，……，但是當(dāng)我們的研究領(lǐng)域進(jìn)入合成生物學(xué)階段，真正的挑戰(zhàn)才即將開(kāi)始。我們將設(shè)計(jì)新的調(diào)控單元，并將這些新的模塊加到現(xiàn)有的基因組中，或構(gòu)建全新的基因組，這將是一個(gè)具有無(wú)限擴(kuò)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域”（Szybalski，1974）。繼之，1978 年，Szybalski 指出“限制酶的工作不僅提供了重組DNA 的工具，而且引領(lǐng)我們進(jìn)入了新的‘合成生物學(xué)’領(lǐng)域”（Szybalski and Skalka，1978），由此提出了富有現(xiàn)代內(nèi)涵的合成生物學(xué)的思想。1980 年，Hobom 發(fā)表了《基因外科：合成生物學(xué)開(kāi)端》的論文，用“合成生物學(xué)”術(shù)語(yǔ)描述經(jīng)重組基因組技術(shù)改造的細(xì)菌（Hobom，1980）。1990 年，人類(lèi)基因組計(jì)劃的啟動(dòng)和模式生物基因組計(jì)劃的快速實(shí)施，使合成生物學(xué)術(shù)語(yǔ)在學(xué)術(shù)刊物和互聯(lián)網(wǎng)上逐漸涌現(xiàn)。2000～2008 年，合成生物學(xué)已由“聲明”階段進(jìn)入研究程序和快速發(fā)展時(shí)期。現(xiàn)在，合成生物學(xué)已成為一門(mén)多學(xué)科交叉、各種技術(shù)集成的工程學(xué)科，并取得了巨大的成功（表1.1）（張柳燕等，2010）。
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