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绪论1

第一部分 微生物的多样性及其应用5

第1章 微生物生物技术：范畴、技术、事例7

1.1 微生物生物技术的范畴7

1.1.1 人类治疗学8

1.1.2 农业9

1.1.3 废水处理12

1.1.4 有害废物的处理13

1.1.5 化工原料15

1.1.6 展望未来18

1.2 公众关注微生物生物技术的应用23

1.2.1 风险评估24

1.2.2 实验生态系统——模型生态系统28

1.3 微生物生物技术的经济学29

1.3.1新食品技术的前景29

1.3.2 处理乳清——案例研究30

1.4 小结31

第二章 微生物多样性34

2.1 原核生物与真核生物35

2.1.1 原核生物的两大类群35

2.1.2 古细菌的分类36

2.1.3 真细菌的分类37

2.1.4 代谢的主要方式38

2.2 微生物鉴定与分类的意义41

2.2.1 分类与系统发育学42

2.2.2 质粒与细菌的分类43

2.3 常用细菌分类多样性43

2.3.1 紫色细菌44

2.3.2 革兰氏阳性菌47

2.3.3 异常球菌分支50

2.4 真菌50

2.4.1 真菌的分类52

2.4.2 酵母菌——应用最广的真菌54

2.5.1 限制酶55

2.5 微生物多样性可作为特异性酶的丰富来源55

2.5.2 淀粉水解酶56

2.6 微生物的可利用性和保存57

2.7 小结57

第二部分 微生物：大分子的活体工厂59

第3章 利用细菌生产蛋白质61

3.1 DNA转移到细菌61

3.1.1 转化61

3.1.2 接合63

3.1.3 噬菌体DNA的注入和转导64

3.2 载体的使用65

3.2.1 克隆的总体策略66

3.2.2 克隆载体68

3.3 检测含有所需片段的克隆78

3.3.1 使用合适模板的重要性79

3.3.2 利用蛋白产物鉴定克隆79

3.3.3 利用DNA序列鉴定克隆80

3.3.4 DNA序列和蛋白产物的联合检测81

3.4 聚合酶链式反应（PCR）82

3.5 克隆基因的表达83

3.6 表达蛋白的回收和纯化86

3.6.1 融合蛋白表达86

3.6.2 包含体的形成87

3.6.3 防止包含体的形成89

3.6.4 分泌性载体89

3.7 实例：大肠杆菌生产凝乳酶91

3.8 小结93

第4章 利用酵母生产蛋白质95

4.1 DNA导入酵母细胞100

4.2 酵母的克隆载体100

4.2.1 酵母整合质粒100

4.2.2 酵母复制质粒103

4.2.3 酵母游离质粒103

4.2.4 酵母着丝粒质粒103

4.3.2 启动子序列105

4.3.1 质粒拷贝数105

4.2.5 酵母人工染色体（YAC）105

4.3 酵母中外源基因表达的增效作用105

4.3.3 转录终止和mRNA的聚腺苷酰化作用107

4.3.4 mRNA的稳定性107

4.3.5 启始密码AUG的识别107

4.3.6 多肽链的延长108

4.3.7 外源蛋白的折叠108

4.3.8 蛋白质的降解108

4.3.9 糖基化作用108

4.3.10 实例：乙型肝炎病毒表面抗原109

4.4 外源基因的表达及产物分泌111

4.4.1 实例：凝乳酶原在酶母中的表达114

4.5 小结115

第5章 重组疫苗与合成疫苗117

5.1 传统疫苗存在的问题118

5.2 生物技术对疫苗发展的影响119

5.2.2 重组亚单位疫苗中一些潜在的问题120

5.2.1 乙型肝炎亚单位疫苗120

5.3 免疫应答产生的机制123

5.4 提高亚单位疫苗的免疫效果127

5.4.1 抗原的处理策略127

5.4.2 应用活的弱毒载体129

5.5 用于合成肽疫苗的亚单位抗原片段132

5.5.1 抗原决定簇的鉴别132

5.5.2 由一级结构预测抗原决定簇134

5.5.3 口蹄疫疫苗：一种试验性肽疫苗136

5.5.4 增添T辅助细胞的辅助作用137

5.5.5 引发细胞免疫的肽137

5.6 某些疾病疫苗生产所存在的困难138

5.6.1 麻风病138

5.6.2 疟疾139

5.7 小结142

第6章 微生物杀虫剂145

6.1 苏云金芽孢杆菌146

6.1.1 晶体内含体148

6.1.2 δ-内毒素和cry基因148

6.1.3 当代苏云金芽孢杆菌生物杀虫剂158

6.2 球形芽孢杆菌160

6.3 金龟子芽孢杆菌161

6.4 杆状病毒161

6.4.1 杆状病毒的生物学163

6.4.2 杆状病毒杀虫剂165

6.4.3 杆状病毒杀虫剂的未来可能性166

6.5 小结166

第7章 微生物酶169

7.1 食品用酶的应用法规170

7.2 微生物酶制剂的生产170

7.2.1 菌株的策选和改造171

7.2.2 发酵过程和培养基组成173

7.3.1 淀粉加工174

7.3 微生物酶的大规模应用174

7.3.2 术语176

7.3.3 酶法转化淀粉为糊精和糖177

7.3.4 纺织品脱浆180

7.3.5 加酶洗涤剂180

7.3.6 枯草杆菌碱性蛋白酶的特性180

7.3.7 枯草杆菌碱性蛋白酶的基因工程180

7.3.8 干酷生产182

7.4 小结184

第8章 微生物多糖和聚酯186

8.1 多糖186

8.1.1 细菌多糖187

8.1.2 多糖的结构189

8.1.3 自然界中微生物多糖的作用190

8.2 黄原胶191

8.2.1 黄原杆菌属——植物病原菌191

8.2.2 黄原胶的结构191

8.2.3 黄原胶的性质194

8.2.4 黄原胶的生物合成195

8.2.5 黄原胶的生产195

8.2.6 黄原胶结构的修饰198

8.3 聚酯199

8.3.1 自然界中的聚羟基烷酸200

8.3.2 聚-3-羟基烷酸的生物合成和生物降解201

8.3.3 3-羟基丁酸和3-羟基戊酸无规共聚物的生物合成202

8.3.4 用单一基质生物合成共聚酯203

8.3.5 调整生长条件产生新型细菌聚酯：一个实例204

8.3.6 通过共代谢生物合成新型细菌聚酯204

8.3.7 生产聚-3-羟基烷酸微生物和植物的基因工程205

8.4 小结207

第三部分 植物生物技术中的微生物209

第9章 植物与微生物的相互作用211

9.1 共生菌与病原菌的应用212

9.1.1 利用工程化的共生菌保护植物免受冻害212

9.1.2 利用固氮菌提高作物产量213

9.2 转基因植物产品216

9.2.1 利用根癌农杆菌将克隆基因转入植物216

9.2.2 转基因植物举例221

9.2.3 DNA的直接插入226

9.3 小结226

第四部分 从生物量到燃料229

第10章 生物量231

10.1.1 纤维素232

10.1 植物生物量的主要成分232

10.1.2 半纤维素233

10.1.3 木质素235

10.1.4 木材细胞壁的构造及组成241

10.2 真菌和细菌对木质纤维素的降解242

10.2.1 木质素的降解242

10.2.2 纤维素的降解247

10.2.3 半纤维素的降解251

10.4 小结254

10.3 酶促生物降解木质纤维素的前景254

第11章 乙醇257

11.1 第一阶段：从原料到可发酵糖258

11.1.1 糖259

11.1.2 淀粉259

11.1.3 纤维素259

11.2 第二阶段：从简单糖类到乙醇260

11.2.1 酵母260

11.2.2 运动发酵单胞菌：一种生产乙醇的替代微生物266

11.3 同时糖化和发酵273

11.3.1 阶段Ⅰ和Ⅱ相结合273

11.3.2 梭菌发酵274

11.4 评论:来自生物量的燃料乙醇275

11.5 小结277

第五部分 微生物代谢产物279

第12章 氨基酸281

12.1 突变株的发酵282

12.1.1 营养缺陷突变株生产的生物合成中间产物284

12.1.2 直链途径调节突变株生产氨基酸286

12.1.3 支路调控型突变株的氨基酸生产289

12.1.4 缺少复杂调控机制的微生物290

12.1.5 营养缺陷型突变株生产氨基酸290

12.1.6 通过调控突变株生产氨基酸292

12.1.7 优先合成概念294

12.1.8 生物合成基因的扩增296

12.2 野生型菌株的发酵297

12.2.1 关于细胞膜透性的疑问297

12.2.2 功能性阻断柠檬酸循环的需要298

12.2.3 与谷氨酸合成有关酶的调控300

12.3 氨基酸发酵和重组DNA技术301

12.4 酶法生产氨基酸303

12.5 小结304

第13章 抗生素306

13.1 抗生素的种类308

13.1.1 抗细菌剂309

13.1.2 抗真菌剂315

13.1.3 抗肿瘤抗生素315

13.1.4 其他具药理活性的微生物产物316

13.2 抗生素研究的目标320

13.3 氨基糖苷类抗生素的开发321

13.3.1 链霉素323

13.3.2 新氨基糖苷类抗生素324

13.3.3 氨基糖苷类抗生素抗性的起源与模式329

13.3.4 氨基糖苷类抗生素在农业和兽医方面的应用330

13.4 β-内酰胺类抗生素的发展331

13.4.1 青霉素G331

13.4.2 半合成青霉素333

13.4.3 头孢菌素338

13.4.4 具有非传统母核的化合物343

13.4.5 对新型β-内酰胺的合理设计346

13.5.1 抗生素生产的生理学348

13.5 抗生素的生产348

13.5.2 抗生素产生的遗传学354

13.5.3 克隆359

13.6 抗生素抗性问题362

13.7 小结364

第六部分 有机合成和降解367

第14章 有机合成369

14.1 酶的分类370

14.2 类固醇和固醇的微生物转化371

14.3 酰胺酶、肽酶和脂肪酶的生物催化*374

14.3.1 半合成青霉素374

14.3.2 脂肪酶的特性和应用377

14.3.3 脂肪和油的酯交换378

14.3.4 生物动力学转变：脂肪酶催化对映体选择性酯化反应380

14.4 合成光学纯药物的例子383

14.4.1 （S）-1,2-O-异亚丙基甘油的选择性氧化383

14.4.2 (R)奈普生异构化为(S)奈普生384

14.5 化工产品丙烯酰胺的微生物合成385

14.5.1 绿针假单胞菌B23对丙烯腈的代谢387

14.5.2 腈水解酶水平的调节387

14.6 需要多步骤的生物催化合成388

14．6．1 基因工程微生物细胞过量生产谷胱甘肽388

14．6．2 维生素C生产的代谢工程394

14.7 小结399

第15章 环境中的应用401

15.1 微生物的降解能力和有机物来源401

15.2 污水和废水微生物学403

15.2.1 污水和废水工厂处理过程403

15.2.2 污水处理过程中有机合成化合物的降解407

15.2.3 厌氧条件下地下水中有机化合物的降解408

15.2.4 厌氧条件下地下水中的氧化脱卤409

15.3 生物异源物质的降解409

15.3.1 主要污染物及其对健康的影响410

15.3.2 微生物在生物降解中的作用413

15.3.3 生物修复的类型414

15.3.4 生物降解的遗传特征和代谢特征419

15.4 工业污染防治中的基因工程428

15.4.1 基本原则428

15.4.2 通过基因工程进行代谢途径的水平扩展428

15.5 矿物回收中的微生物431

15.5.1 细菌如何从矿物中沥滤金属432

15.5.2 参与矿石氧化的微生物433

15.5.3 通过堆积沥滤法回收铜434

15.6.1 金属硫化物的沉淀435

15.5.4 铀的沥滤435

15.6 从水流出物中除去重金属的微生物435

15.6.2 生物处理厂对贵重金属加工废水的脱毒436

15.7 小结438

问答题441

问题441

答案449

索引456