《生物过程工程》(第二版)足一本世界上最新、最重要的生物化学及生物过程工程方面的教科书。本书作者舒勒和卡基博士概述了生物化学、微生物和分子生物学的相关基础，介绍了能使生物过程工程师对生物活动进行可靠控制的重要原理。本书反映了生物科学技术领域的巨大进展，包括从基因组测序到利用重组DNA技术生产蛋白质的新技术；介绍了在下述方面具有广泛应用的技术：药物、生物制品和大宗化学品生产，在组织工程及基因治疗等医学方面的应用：解决重要的环境问题。
本书重要内容包括：必需的生物学基础(微生物结构与功能，主要的代谢途径，酶，微生物遗传学，微生物生长动力学，计量学)；蛋白质翻译后加工的新视野——生产治疗蛋白的一种基本技术：动物细胞培养过程的深入概括，非糖代谢的新视野；功能基因组学与细胞工程(概念、技术及应用)，生物加工过程工程方法在生物医学中的应用，非传统生物系统的应用(包括用重组DNA技术生产蛋白质的宿主一载体系统)：扩大范围的混合培养：包括先进的废水处理过程：模型模拟的扩充(包括连续培养和控制论模型)：迅速发展的政府调控环境如何约束生物过程设计与改进。
本书无论在广度还是深度上都是一本优秀的教科书，同时还配有大量的例证，例题、习题及进一步阅读的文献，因而更便于教学及参考。书中还以附录的形式详细叙述了传统的生物加工过程。
本书适合生物化学、生物化工及相关专业高等院校学生、教师阅读参考。
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《生物过程工程：基本概念》(第一版)出版十年来，生物技术经历了几次革命。目前，生物体基因组测序技术带来了新的机遇，这在十年以前几乎是不可想像的。其他方面的技术已经取得了很大进展，其为生物过程工程师提供了新的工具，以更好地为社会服务。然而，在第一版中所陈述的生物过程工程原理仍然适用。
这次修订有三个目的：我们要通过生物学和生物技术进展所创造的激动人心的事情来吸引学生；我们要让学生了解这些新工具；最重要的是，我们要证明生物过程工程原理如何能与这些进展共同应用。
这一版第1章中新增一节，以改变学生注意约束生物过程设计及修改的管理问题。我们相信学生需要知道这些工业上的关键问题。第2篇“生物学基础”全部为新内容并在原来基础上有所扩展。现在更强调蛋白质的翻译后加工，因为这在生产治疗蛋白的生物加工策略选择中是一个关键问题。对动物细胞中的基本过程进行了更全面的描述，因为动物细胞培养现在是一种商业生物过程技术。第5章引入了“非碳水化合物代谢”一节，因而内容更加完整。补充了功能基因组学的概念，从而为学生理解这些新思想和技术对生物过程的影响奠定基础。
在第3篇“生物过程工程原理”中，将注意力主要放在了与动物细胞生物反应器有关的问题上，并对色谱过程的讨论进行了扩展。在第4篇“非常规生物系统的应用”中，对内容进行了重新安排和更新，并新增加一章。在动物和植物细胞培养的有关章节中变化是很明显的。特别重要的是，对于从重组DNA技术生产蛋白质宿主载体系统的选择方面的讨论进行了大量扩展。对生物过程工程师越来越重要的两个领域——“代谢工程和蛋白质工程”的覆盖范围扩大了。关于生物医学应用这一章举例说明了生物过程方法是如何与生物医学工程所考虑的典型问题密切相关的。关于混合培养这一章内容已经扩展到包括先进的废水处理过程。这一版还收录了一些传统生物过程概述的附录。
对每一章的阅读参考书目进行了更新。在本书中我们对很多非常重要的问题不能提供深入的处理。这些阅读材料给学生提供了一个简易的方法以便对这些问题进行更多的研究。
在典型的一个学期、三学分的课程中进行生物过程这样宽泛的主题教学绝不是一件容易的事。虽然在第一版中的一些材料被删去了或压缩了，但第二版比第一版内容还是要多些。对于没有正规的生物学背景的学生，本书全部材料覆盖的范围需要四学分的课程。在三学分的课中，我们建议教师讲述第1章到第11章（第7章是选学的），然后基于课程目标决定后面的章节。面向生物医药的课程要包括第12、14章的全部内容以及第13、15章的某些内容。面向生物资源利用的课程应当强调第16章和附录，并在第13、14章中选择一些内容。
现在，很多具有正式的、大学水平的生物学和生物化学知识的学生进行生物过程工程课程的学习。对于这样一些学生，第2、4、5、7和8章可作为阅读作业以帮助他们回忆知识并确保他们具有基本一致的最低限度的生物知识。空余出来的授课时间可以用于其他章节或补充材料的讲述。这5章给出了供自我测验的学习问题。在这种情况下，教师应能讲授本书其余的材料。
我们再一次得到了来自世界各地的同行们提供的帮助，包括已编入本书的新材料和对本书进行校对方面的建议。由于篇幅限制不能在这里一一列出，只对特殊的贡献表示特别的感激。Mohammad Ataai提供了IMAC(immobilized metal affinity chromatography——固定化金属亲和色谱)的简单介绍并已被编入修改版中。Kelvin Lee撰写了描述2D凝胶电泳的段落。我们感谢Laura Palomares在更新和校对关于传统生物过程的附录初稿中的出色工作。本书的第1版曾被翻译为朝鲜文。YoonMo Koo,Jin Ho Seo,Yong Keun Chang和Tai Hyun Park为我们提供了一个全面的校对表，这对出版的准备是非常有帮助的。
在此我们也对我们各自的家庭在这一版修订过程中给予的支持表示感谢。 |
第1篇绪论
第1章什么是生物过程工程师3
11前言3
12生物技术和生物过程工程3
13生物学家和工程师在研究方法上的区别4
14青霉素的故事：生物学家和工程师如何一起工作4
15生物过程：监管限制8
建议进一步阅读的文献9
习题9
第2篇生物学基础：一名工程师的视角
第2章生物学基础概要13
21所有细胞都是一样的吗13
211微生物多样性13
212细胞命名14
213病毒15
214原核生物16
215真核生物19
22细胞结构23
221前言23
222氨基酸和蛋白质23
223碳水化合物：单糖和多糖28
224类脂、脂肪和甾类化合物31
225核酸:RNA和DNA33
23细胞营养37
231前言37
232常量营养素38
233微量营养素39
234生长培养基40
24小结40
建议进一步阅读的文献41
习题42
第3章酶43
31前言43
32酶的作用机理44
33酶动力学45
331前言45
332简单酶动力学的机理模型46
333通过实验确定MichaelisMenten型动力学的速率参数47
334更复杂的酶动力学模型49
335pH和温度的影响54
336不溶性底物56
34固定化酶系统56
341酶固定化方法57
342固定化酶系统中的扩散限制59
343静电作用和空间作用对固定化酶系统的影响63
35酶的大规模生产64
36医用酶和工业用酶64
37小结67
建议进一步阅读的文献68
习题68
第4章细胞是如何运转的73
41前言73
42中心法则73
43DNA复制：细胞信息的保存和传播74
44转录：信息的传输76
45翻译：从信息到产物78
451遗传密码：通用信息78
452翻译：机器如何运转79
453翻译后加工：使产物变得有用80
46代谢调节82
461基因水平的控制：哪些蛋白质被合成？83
462代谢途径控制85
47细胞如何感知其外部环境86
471小分子跨细胞膜的运输机制86
472细胞受体在代谢和细胞分化中的作用88
48小结89
49附录：复杂途径调节的实例89
建议进一步阅读的文献91
习题91
第5章主要代谢途径93
51前言93
52生物能学93
53葡萄糖代谢：糖酵解和三羧酸循环95
54呼吸98
55好氧葡萄糖代谢的控制位点99
56含氮化合物的代谢99
57氮的固定化100
58烃代谢100
59生物合成概述101
510厌氧代谢概述103
511自养代谢概述104
512小结105
建议进一步阅读的文献106
习题106
第6章细胞如何生长108
61前言108
62间歇生长108
621细胞浓度的定量109
622分批培养的生长类型和动力学111
623环境条件如何影响生长动力学116
624微生物生长产热119
63量化生长动力学120
631前言120
632用非结构非隔离模型预测比生长速率121
633瞬态特性模型126
634控制论模型130
64在连续培养中细胞如何生长130
641前言130
642连续培养的特殊装置130
643理想恒化器132
644恒化器的作用136
645与理想状态的偏离136
65小结137
建议进一步阅读的文献137
习题138
第7章微生物生长和产物生成的化学计量学142
71前言142
72其他定义142
73化学计量学计算143
731元素平衡143
732还原度144
74得率系数的理论预测147
75小结148
建议进一步阅读的文献148
习题148
第8章如何改变细胞的遗传信息150
81前言150
82通过诱变和筛选来进化出理想的生物化学活性150
821突变是如何发生的150
822筛选理想的突变株151
83基因转移和重排的自然机制153
831基因重组153
832转化154
833转导154
834附加体与接合155
835转座子：内部基因转移156
84基因工程细胞156
841基因工程中的基本元件157
842高等生物的基因工程160
85基因组学161
851实验技术161
852计算机技术163
86小结164
建议进一步阅读的文献165
习题165
第3篇生物过程工程原理
第9章悬浮和固定化培养的生物反应器操作要素169
91前言169
92选择培养方法169
93间歇和连续反应器的改进171
931可循环的恒化反应器171
932多阶段恒化器体系172
933补料操作177
934灌注体系179
94固定化细胞体系180
941前言180
942活性细胞固定化181
943被动固定化：生物膜183
944固定化细胞体系的扩散限制184
945固定化细胞体系中生物反应器需要考虑的问题187
95固态发酵189
96小结191
建议进一步阅读的文献192
习题192
第10章生物反应器的选择、放大、操作和控制195
101前言195
102放大及其困难195
1021前言195
1022反应器类型的概括195
1023关于通气、搅拌和热量传递的一些讨论199
1024放大202
1025缩小205
103生物反应器检测方法与控制209
1031前言209
1032实际发酵的测量仪器209
1033获得信息的使用211
104过程流体的灭菌213
1041前言及细胞死亡动力学213
1042液体的灭菌215
1043气体的灭菌217
105小结219
建议进一步阅读的文献219
习题220
第11章产物的回收和纯化223
111回收和纯化产物的策略223
112不溶性产物的分离224
1121过滤224
1122离心227
1123凝聚和絮凝229
113细胞破碎230
1131机械破碎方法230
1132非机械破碎231
114可溶性产物的分离231
1141液体萃取232
1142双水相萃取234
1143沉淀235
1144吸附236
1145透析238
1146反渗透239
1147超滤和微滤240
1148错流过滤和微滤241
1149色谱244
11410电泳250
11411电渗析251
115最后的纯化步骤252
1151结晶252
1152干燥252
116反应与分离过程的集成253
117小结254
建议进一步阅读的文献254
习题255
第4篇非传统生物系统的应用
第12章动物细胞培养中的生物过程要素259
121动物细胞的构造及生物化学特性259
122动物细胞培养方法261
123用于动物细胞培养的生物反应器要素266
124动物细胞培养的产品269
1241单克隆抗体269
1242免疫生物调节因子269
1243病毒疫苗269
1244激素269
1245酶270
1246杀虫剂270
1247全细胞及组织培养270
125小结270
建议进一步阅读的文献271
习题271
第13章植物细胞培养中的生物过程要素272
131为何进行植物细胞培养272
132植物细胞培养与微生物细胞培养的比较273
133生物反应器要素275
1331悬浮培养生物反应器275
1332使用细胞固定化的反应器277
1333用于活体组织的生物反应器278
134植物细胞组织培养的经济性279
135小结280
建议进一步阅读的文献280
习题281
第14章基因工程菌的利用282
141前言282
142产品如何影响过程决策282
143选择宿主载体系统的原则283
1431概述283
1432大肠杆菌284
1433革兰阳性细菌286
1434低等真核细胞286
1435哺乳动物细胞287
1436昆虫细胞杆状病毒系统288
1437转基因动物289
1438转基因植物和植物细胞培养290
1439策略的比较290
144过程限制：遗传不稳定性291
1441分配丢失291
1442质粒的结构不稳定性293
1443宿主细胞突变293
1444生长速率控制的不稳定性293
145质粒设计中避免工艺过程问题的要素294
146宿主载体相互作用和遗传不稳定性的预测296
147基因操作过程的监管限制303
148代谢工程305
149蛋白质工程306
1410小结308
建议进一步阅读的文献308
习题310
第15章生物过程工程在医学中的应用312
151前言312
152组织工程312
1521什么是组织工程？312
1522商业组织培养过程313
153使用病毒载体的基因治疗314
1531病毒传染模型314
1532反转录病毒的大量生产316
154生物反应器317
1541干细胞和造血作用317
1542体外人工肝318
155小结318
建议进一步阅读的文献319
习题319
第16章混合培养320
161前言320
162混合培养中相互作用的主要分类320
163描述混合培养相互作用的简单模型323
164自然界的混合培养326
165混合培养的工业应用328
166生物废水处理：混合培养工业应用举例329
1661概述329
1662生物废物处理工艺331
1663改进的废水处理系统338
1664将废水转化为有用产品341
167小结342
建议进一步阅读的文献342
习题343
第17章结语345
附录传统工业生物过程346
A1厌氧生物过程346
A11乙醇生产346
A12乳酸生产348
A13丙酮丁醇的生产349
A2有氧过程351
A21柠檬酸生产过程351
A22面包酵母的生产352
A23青霉素的生产353
A24高果糖浆生产355
建议进一步阅读的文献357
索引358 |
本书适合生物化学、生物化工及相关专业高等院校学生、教师阅读参考。
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