●第一章 緒論1
引言1
知識網絡1
第一節 生物技術的發展2
一、早期的生物技術與人類生存2
二、傳統生物過程與經驗技能2
三、現代生物技術的形成與發展3
第二節 生物工程、生物技術專業的演變4
一、生物技術的知識體繫與生命科學4
二、生物工程的知識體繫與化學工程4
三、生物工程/生物技術專業的成熟與發展5
第三節 生物工程中的學科交叉6
一、生物中的化學――生物化學、生物檢測7
二、生物中的物理――生物物理7
三、生物中的全局優化――繫統生物學8
四、新生命與新生物功能的創造――合成生物學8
第四節 生物工程與技術的應用9
一、優化與集成是生物工程的靈魂9
二、生物工程與人類健康14
三、生物工程與能源14
四、生物工程與環境16
五、生物工程與材料17
六、生物工程與安全17
七、生物工程與農業19
思考題20
參考文獻21
第二章 碳代謝與代謝工程23
引言23
知識網絡23
第一節 糖與糖代謝24
一、糖的獲取――光合作用24
二、單糖與多糖26
三、糖代謝28
第二節 脂類與脂代謝32
一、脂類簡介32
二、脂肪的分解代謝33
三、脂肪酸的合成代謝34
第三節 碳代謝與其他代謝的關聯36
一、糖代謝與脂代謝的關繫36
二、碳代謝與蛋白質代謝的關繫37
三、核酸與其他代謝的關繫37
第四節 代謝工程基本理論37
一、基本概念37
二、代謝通量及其分析38
三、代謝網絡及其分析39
四、代謝途徑設計與優化40
第五節 代謝途徑的調控40
一、酶水平的代謝調控41
二、轉錄水平的代謝調控42
三、細胞水平的代謝調控43
第六節代謝工程的應用44
一、葡萄糖發酵生產乙醇的代謝優化45
二、甘油代謝優選理論得率預測47
思考題49
參考文獻49
第三章 蛋白質與蛋白質工程51
引言51
知識網絡51
第一節 蛋白質結構基礎52
一、蛋白質結構的基本組件52
二、蛋白質結構的組織和主要類型55
三、蛋白質結構的形成與功能56
第二節 蛋白質分子設計與預測58
一、蛋白質常用數據庫58
二、蛋白質結構與功能預測59
三、蛋白質分子設計的原理與原則60
四、基於天然蛋白質結構的分子設計61
五、全新蛋白質設計62
第三節 蛋白質的修飾和表達63
一、蛋白質工程新技術策略63
二、蛋白質修飾的分子生物學途徑64
三、蛋白質修飾的化學途徑66
四、重組蛋白質表達的典型宿主67
第四節 蛋白質的物理化學性質68
一、熱力學函數與蛋白質構像68
二、蛋白質突變、穩定性與折疊70
第五節 蛋白質結構解析72
一、X射線晶體結構分析72
二、核磁共振波譜的溶液結構解析73
三、蛋白質結構解析其他技術74
第六節 蛋白質工程的應用76
一、研究蛋白質結構與功能的關繫76
二、改變蛋白質的特性76
三、生產蛋白質和多肽類活性物質76
四、設計合成酶絞手架控制代謝流77
五、設計合成全新蛋白質77
思考題78
參考文獻78
第四章 酶與酶工程79
引言79
知識網絡79
第一節 酶學基礎80
一、酶與酶工程發展簡史80
二、酶的分類與命名81
三、酶的結構與作用特點82
四、酶的作用機制85
五、酶促反應動力學87
第二節 酶的固定化90
一、酶的固定化策略90
二、輔酶的固定化93
三、固定化酶的表征94
第三節 非水相酶催化94
一、非水相酶催化概述94
二、非水相酶催化的反應類型98
三、非水相酶催化的影響因素98
第四節 酶與酶工程的應用101
一、酶與酶工程的應用概況101
二、酶與酶工程的應用進展102
思考題108
參考文獻108
第五章 核酸與基因重組技術111
引言111
知識網絡111
第一節 核酸112
一、核酸承載遺傳信息112
二、核酸的結構114
三、基因117
第二節 基因重組技術118
一、重組技術的發明118
二、重組工具酶與載體118
三、重組核酸轉化與篩選120
四、PCR技術122
五、如何克隆目標基因124
第三節 基因重組技術前沿126
一、基因磚技術126
二、無縫重組技術127
第四節 基因重組技術的應用130
思考題133
參考文獻134
第六章 基因線路與合成生物學135
引言135
知識網絡135
第一節 合成生物學基礎136
一、合成生物學的概念與發展136
二、合成生物學的層次化結構設計137
三、生物模塊的標準化139
四、合成生物繫統的邏輯拓撲結構139
第件與基因線路142
一、件與裝置142
二、件與裝置144
三、件與裝置146
第三節 合成生物學工具147
一、DNA測序148
二、DNA合成149
三、生物區域化150
第四節 合成生物技術的應用152
一、合成生物途徑生產藥物與新能源152
二、合成生物繫統154
三、無細胞合成生物技術生產化學品156
第五節 國際遺傳工程機器競賽158
一、iGEM簡介158
二、部分獲獎作品簡介158
思考題160
參考文獻160
第七章 微生物與發酵工程161
引言161
知識網絡161
第一節 微生物基礎163
一、微生物的特點163
二、微生物分類及主要類型163
三、微生物的純化、退化、復壯與保藏165
四、微生物的營養168
五、影響微生物生長的因素171
六、微生物的培養方式172
第二節 發酵工程的概述176
一、發酵工程的產生與發展176
二、發酵工程的範圍177
三、發酵工程的基本流程178
第三節 發酵過程優化182
一、發酵培養基優化182
二、培養環境優化183
三、發酵過程調控優化184
第四節 發酵過程的跨尺度調控策略187
一、發酵過程的多尺度188
二、代謝流為基礎的多尺度研究方法188
第五節 發酵工程的應用191
思考題193
參考文獻193
第八章 細胞與細胞工程195
引言195
知識網絡195
第一節 細胞基礎196
一、細胞的基本概念196
二、細胞的結構與功能197
三、細胞周期與細胞分裂199
四、細胞分化與細胞全能性202
第二節 細胞工程203
一、植物細胞工程203
二、動物細胞工程212
第三節 細胞工程的應用222
一、細胞工程在植物方面的應用222
二、細胞工程在動物方面的應用224
思考題226
參考文獻227
第九章 生物反應器工程基礎229
引言229
知識網絡229
第一節 生物反應動力學230
一、細胞生長反應動力學230
二、固定化生物反應動力學233
第二節生物反應器的設計與操作234
一、生物反應器的分類與選型234
二、生物反應器的設計要求237
三、生物反應器的操作模式238
第三節 生物反應器的傳遞和混合特性240
一、生物反應器的流體流動特性241
二、生物反應器的傳質特性242
三、生物反應器的傳熱特性244
四、生物反應器的混合特性245
第四節 動植物細胞培養生物反應器247
一、動物細胞培養生物反應器247
二、植物細胞培養生物反應器249
第五節 生物反應器的放大251
一、經驗放大法252
二、直接放大法254
三、其他放大方法256
思考題256
參考文獻257
第十章 生物分離工程基礎259
引言259
知識網絡259
第一節 生物分離工程概述260
一、生物分離的特點260
二、生物分離的基本原理260
第二節 生物分離的一般過程260
一、發酵液的預處理260
二、產物的提取261
三、產物的純化261
第三節 生物分離的主要技術261
一、萃取261
二、過濾與離心分離263
三、膜分離265
四、吸附與離子交換分離266
五、色譜分離269
六、電泳分離技術273
七、結晶274
第四節 生物分離工程應用276
一、雙水相萃取分離生物工程產品276
二、反膠團萃取分離生物工程產品276
三、膜分離生物工程產品278
思考題278
參考文獻278
第十一章 生物工程經濟學279
引言279
知識網絡279
第一節 生物工程產業的發展歷史280
第二節 國內外生物工程產業的發展現狀280
第三節 生物工程經濟學的基本要素281
一、經濟效益的概念281
二、投資282
三、現金流量及現金流量圖282
四、固定資產的折舊283
五、成本和費用284
六、銷售收入、稅金和利潤285
第四節 生物工程經濟評價方法286
一、項目經濟評價的概念286
二、項目經濟評價的類別286
三、項目經濟評價的方法286
第五節 生物工程項目經濟分析與評價287
一、可行性研究287
二、盈虧平衡分析288
三、生物工程項目的財務性評價289
第六節 基因工程菌生產多聚陽離子抗菌肽經濟學分析實例291
一、固定資產投資292
二、固定成本293
三、變動成本294
四、盈虧平衡分析295
五、利潤分析295
思考題295
參考文獻296
第十二章 生物技術倫理與知識產權297
引言297
知識網絡297
第一節 生物安全298
一、生物安全概述298
二、生物安全工作中的基本原則299
三、我國生物安全工作涉及的主要事項299
四、我國對生物安全工作的基本要求299
第二節 生物技術倫理300
一、倫理概述300
二、生物技術與倫理的關繫300
三、醫學中不同生物技術的倫理問題301
四、生物技術應當承擔的倫理義務304
第三節 生物技術的知識產權保護306
一、知識產權基本概述306
二、生物技術所涉及的知識產權307
三、侵犯知識產權的基本方式和保護途徑310
四、知識產權的國際化保護311
思考題311
參考文獻311
本教材包含生物工程和生物技術兩方面的內容，即既適用於生物類專業，也適用非生物類專業，將具有更廣泛的讀者群；本書注重基礎理論知識、工程應用技術相結合，體現了以理論知識強化工程基礎，以工程技術實踐理論知識特色；本教材編著了生物工程與生物技術發展過程的趣聞軼事，提高了對本領域重大理論與技術的背景與內容的理解，增加教材的可讀性；教材強調工程技術應用的案例分析，與生產實踐與經濟需求緊密結合；本教材的編寫老師，均來自國內生物工程與生物技術專業學科排名前列的有名高校，教材將首先在這些有名高校使用，形成示範效應；教材增加了當前的研究熱點如合成生物學、社會經濟需求熱點如生物工程經濟學與社會爭論的焦點如生物安全、生物倫理與生物知識產權相關知識，所以本教材將具有很好的市場需求。預計全國400所開有生物類專業的高校每年生物學、生物技術、生物工程專業的學生約有2萬冊的需求量，再加其他非生物專業學生的通識教育的需求，等
