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第1章 合成生物学 1

1.1 概述 1

1.1.1 合成生物学概念 1

1.1.2 合成生物学基础 1

1.2 合成生物的元器件 3

1.2.1 基因元件 3

1.2.2 生物元器件文库 4

1.3 合成生物学的发展 4

1.3.1 合成生物学发展的主要事件 4

1.3.2 合成生物学的主要研究内容 5

1.3.3 合成生物学的学术活动 6

本章小结 7

主要参考文献 7

第2章 制药的工程生物系统 8

2.1 大肠杆菌表达系统 8

2.1.1 大肠杆菌的生物学特性 8

2.1.2 常用蛋白质表达底盘菌株 9

2.1.3 大肠杆菌的表达载体 10

2.1.4 大肠杆菌表达系统的应用 14

2.2 谷氨酸棒杆菌表达系统 15

2.2.1 谷氨酸棒杆菌的生物学特性 15

2.2.2 谷氨酸棒杆菌的表达载体 16

2.2.3 谷氨酸棒杆菌表达系统的应用 17

2.3 链霉菌表达系统 17

2.3.1 链霉菌的生物学特性 17

2.3.2 链霉菌的表达载体 18

2.3.3 链霉菌表达系统的应用 19

2.4 酵母表达系统 20

2.4.1 酵母的生物学特性 20

2.4.2 酵母的表达载体 21

2.4.3 酵母表达系统的应用 22

2.5 植物表达系统 23

2.5.1 植物细胞的特点 23

2.5.2 植物表达载体结构 23

2.5.3 植物表达系统的应用 25

2.6 动物表达系统 25

2.6.1 制药动物细胞系 25

2.6.2 动物表达载体 25

2.6.3 动物表达系统的应用 26

本章小结 27

主要参考文献 29

第3章 生物元器件的设计与表征 31

3.1 基因转录装置与蛋白质翻译装置 31

3.1.1 基因转录装置 31

3.1.2 翻译装置 34

3.2 RNA聚合酶的设计与表征 36

3.2.1 T7 RNA聚合酶的正交转录设计 36

3.2.2 T7 RNA聚合酶的合理使用 38

3.2.3 全局转录装置工程 39

3.2.4 RNA聚合酶的表征 41

3.3 启动子与终止子的设计与表征 41

3.3.1 启动子的组织结构 42

3.3.2 启动子的设计 48

3.3.3 启动子的表征 50

3.3.4 终止子设计与表征 52

3.4 核糖体结合位点和核糖体开关设计与表征 54

3.4.1 核糖体结合位点的设计与表征 54

3.4.2 核糖体开关的设计 55

3.4.3 核糖体工程 56

3.5 密码子的选择与目标基因设计 57

3.5.1 基因组的密码子选择 57

3.5.2 基因组的密码子使用 62

3.5.3 目标基因的序列设计 63

3.5.4 目标基因表达优化 66

3.5.5 包含体的解决策略 69

本章小结 71

主要参考文献 72

第4章 生物元器件的合成与组装 76

4.1 DNA的化学合成 76

4.1.1 DNA的构建单元 76

4.1.2 DNA的化学合成后处理 78

4.1.3 DNA的溶解和保存 79

4.2 PCR与DNA组装 79

4.2.1 PCR 79

4.2.2 PCA 84

4.2.3 重叠延伸PCR组装 85

4.3 基于连接酶的离体组装 85

4.3.1 常规酶切与连接组装 86

4.3.2 同尾酶切与连接酶组装 90

4.4 同源重组工程组装 92

4.4.1 位点特异性重组组装 93

4.4.2 大肠杆菌细胞内同源重组组装 93

4.4.3 酵母细胞内同源重组组装 95

本章小结 97

主要参考文献 98

第5章 代谢途径工程制药 100

5.1 莽草酸途径工程 100

5.1.1 莽草酸的生物合成途径 100

5.1.2 酪氨酸的途径工程 102

5.1.3 苯丙氨酸及其衍生物途径工程 106

5.2 聚酮药物途径工程 106

5.2.1 聚酮生物合成途径 107

5.2.2 链霉菌合成聚酮类药物 116

5.2.3 大肠杆菌合成Ⅰ型聚酮 120

5.2.4 大肠杆菌合成Ⅱ型聚酮 125

5.2.5 大肠杆菌合成Ⅲ型聚酮 126

5.3 萜类药物途径工程 130

5.3.1 萜类药物的生物合成途径 130

5.3.2 萜类药物的生物合成 132

5.3.3 酵母合成氢化可的松 135

5.3.4 微生物合成紫杉二烯 136

5.3.5 大肠杆菌合成青蒿二烯 137

5.3.6 酿酒酵母合成青蒿酸 140

本章小结 142

主要参考文献 143

第6章 基因组工程制药 146

6.1 基因组编辑技术 146

6.1.1 多重自动化基因组工程 146

6.1.2 接合组装基因组工程 147

6.1.3 动物细胞基因组编辑技术 148

6.2 合成基因组 150

6.2.1 合成基因组的设计 150

6.2.2 合成疫苗 151

6.2.3 合成细菌基因组 154

6.2.4 合成细菌 156

6.2.5 合成酿酒酵母基因组 157

6.3 最小基因组工厂 160

6.3.1 最小基因组工厂的概念 160

6.3.2 最小基因组细菌 161

6.3.3 最小基因组链霉菌 161

6.3.4 最小基因组酵母 162

本章小结 162

主要参考文献 163

第7章 生物酶催化制药 164

7.1 固定化酶制药 165

7.1.1 酶固定化技术的发展 165

7.1.2 固定化酶反应器及其特点 167

7.1.3 固定化酶制药实例 167

7.2 酶法拆分制药 171

7.2.1 脂肪酶手性拆分 171

7.2.2 环氧化物水解酶手性拆分 175

7.2.3 内酯水解酶手性拆分 176

7.2.4 腈水合酶手性拆分 177

7.3 酶法合成手性制药 178

7.3.1 不对称还原制备手性醇 178

7.3.2 不对称还原胺化制备药物中间体 185

7.3.3 腈类化合物的生物转化 187

7.3.4 他汀类药物关键中间体的酶法制备 188

7.4 酶催化合成β-内酰胺抗生素 195

7.4.1 β-内酰胺类抗生素 195

7.4.2 青霉素酰化酶 196

7.4.3 头孢菌素C酰化酶 196

7.4.4 α-氨基酸酯水解酶 199

本章小结 199

主要参考文献 200

第8章 固相化学合成制药 203

8.1 固相化学合成技术的发展 203

8.1.1 固相合成的基本原理 203

8.1.2 过渡金属催化的应用 205

8.1.3 寡糖的合成与分混式合成 212

8.1.4 组合化学合成与天然产物合成 214

8.2 固相化学合成多肽 216

8.2.1 固相合成多肽的基本过程 217

8.2.2 C端氨基酸与功能性载体的键合 217

8.2.3 保护基 220

8.2.4 缩合剂 225

8.2.5 肽链的组装与释放 231

8.3 固相化学合成环肽 234

8.3.1 均环肽的合成 234

8.3.2 杂环肽的合成 240

8.3.3 影响环肽合成的因素 246

8.4 固相化学合成核酸 247

8.4.1 固相合成核酸的基本过程 248

8.4.2 载体与3＇端羟基的键合 249

8.4.3 核酸的保护基 249

8.4.4 活化剂 257

8.4.5 肽核酸的合成 261

本章小结 263

主要参考文献 264

第9章 化学药物合成新技术 268

9.1 流动化学技术制药 268

9.1.1 流动化学原理 268

9.1.2 流动化学合成小分子药物 269

9.1.3 流动化学全合成天然产物 273

9.2 手性记忆技术制药 280

9.2.1 手性记忆的原理 280

9.2.2 手性记忆合成α-取代氨基酸衍生物 282

9.2.3 手性记忆用于分子内的环化反应 283

9.2.4 手性记忆用于Aldol反应 284

9.2.5 手性记忆用于自由基反应 286

9.2.6 手性记忆用于重排反应 288

9.2.7 手性记忆用于全合成天然产物 290

9.3 仿生合成制药 290

9.3.1 仿生合成原理 290

9.3.2 仿生全合成flinderoles 291

9.3.3 仿生合成长春氟宁 292

9.4 串联反应与多组分反应制药 294

9.4.1 串联反应 294

9.4.2 多组分反应 298

本章小结 300

主要参考文献 300