隨著化學與生命科學的交叉融合日益加深，酶作為生物催化劑在有機合成化學中的應用愈發廣泛，酶化學這一高度交叉的學科正逐漸受到學術界和工業界的重視與密切關注。《現代酶化學》全書分為15章，即緒論、酶化學基礎理論、酶促反應動力學、酶的合成與制備、酶的分離純化、酶的固定化、酶的化學修飾、酶的定向進化、計算酶化學、人工酶、核酶、納米酶、非水酶學、有機合成中的酶促反應及天然產物的酶法修飾等內容。本書寫作上既注重酶化學基礎理論知識的闡述，又注重引入酶化學研究領域的新進展，領域覆蓋面廣，框架脈絡清晰。
《現代酶化學》適合作為化學、應用化學、生物工程、生物化工等專業本科生及研究生教學用書，亦可供酶化學相關領域研究人員參考使用。

朱本偉 南京工業大學 教授
碩士生導師，江蘇省高校"青藍工程"優秀青年骨干教師，教育部《酶工程》課程虛擬教研室成員，北海道大學訪問研究員，中國海洋湖沼學會海洋生物技術分會委員、中國化工學會會員、江蘇省海洋學會海洋生物資源與技術專業委員會委員，入選江蘇省雙創人才計劃等省級人才項目。主講《酶工程》《生物分離工程》（國家一流本科課程）等課程，主持國家自然科學基金面上項目、青年科學基金項目、中國博士后科學基金面上項目、江蘇省重點研發計劃等課題10余項，發表SCI論文50余篇，主編江蘇省高等學校重點教材、普通高等教育十三五規劃教材等教材3部，獲中國輕工業聯合會科學技術進步獎一等獎、江蘇省輕工協會科學技術獎一等獎、江蘇省海洋學會科學技術獎二等獎等科研獎勵。

寧利敏 南京中醫藥大學 副教授
碩士生導師，本科畢業于哈爾濱工業大學生物工程專業，博士畢業于南京大學生物化學專業，日本北海道大學工學部訪問研究員。主講《生物化學》《分子生物學》等課程，主持國家自然科學基金青年科學基金、江蘇省高校自然科學基金面上項目、江蘇省博士后科研資助計劃、江蘇省高校教育信息化研究課題等課題4項，以第一作者或通訊作者發表SCI論文20余篇，參與主編普通高等教育十三五規劃教材等教材3部，獲江蘇省海洋學會科學技術獎二等獎等科研獎勵。

關于酶化學（enzyme chemistry）的真正含義，目前尚無準確和權威的表述。我們知道酶催化的反應本質上是化學反應，那么，我們是否可以將酶化學理解為研究酶（反應）的化學，包括酶的組成、結構、催化機制以及酶在化學領域（有機合成化學、化學生物學、生物分析化學等）的應用。近年來，酶在化學學科尤其是有機合成化學和化學生物學研究中扮演著非常重要的角色，已日漸成為化學家開展研究不可或缺的工具，酶化學學科正日顯雛形，其地位也不斷提升，成為新的研究熱點。有鑒于酶化學教學和科研的需求，編寫一本介紹酶在化學研究領域中的應用且專用于酶化學課程使用的教材就顯得尤為必要。
國內外有關于酶化學的教材與專著可以追溯到1984年C. J. Suckling主編的Enzyme Chemistry： Impact and Applications，1991年金道森、童林薈、姚鐘麒和吳應文四位知名專家教授將其翻譯為中文，定名為《酶化學：影響與應用》，開啟了國內酶化學研究與教育的先河。其后，中國科學院蘭州化學物理研究所的李樹本教授于2008年主編并出版了一部《酶化學》，作為高等院校生物化學專業高年級本科生和研究生的教材。該書以甲烷單加氧酶、細胞色素P450酶和脂肪酶的催化反應化學和人工模擬光合作用為主要內容，介紹了生物酶和模擬酶化學的研究進展，是酶化學初學者和研究者重要的學習用書和研究參考書。近年來，隨著人工智能與量子化學等學科和領域的高速發展，酶化學領域也取得了巨大的成就，有了酶的參與，生命科學與化學學科的界限越來越模糊，酶化學逐漸成為兩個學科交叉領域研究的熱點。為此，我們聯合了來自浙江大學、中國科學院、南京林業大學、南京中醫藥大學、山東理工大學、青島大學等單位的十余位從事相關研究的青年科研人員整理匯集了酶化學領域研究的熱點，形成了《現代酶化學》一書，以期能對相關領域的科研工作者提供幫助。
本書在編寫過程中得到了許多專家的熱心指點和幫助，并借鑒參考了國內諸多酶工程領域的權威教材（例如吉林大學羅貴民教授主編的《酶工程》、華南理工大學郭勇教授主編的《酶工程》、浙江大學梅樂和與岑沛霖教授主編的《現代酶工程》以及華東理工大學袁勤生教授主編的《現代酶學》等經典教材），在此一并致以誠摯的感謝。本書被江蘇省教育廳列為“十三五”江蘇省高等學校重點教材，列入化學工業出版社“十四五”普通高等教育規劃教材，得到了諸多支持。
鑒于編者水平有限，書中難免存在不足之處，懇請各位讀者不吝賜教，提出寶貴的修改意見，在此一并表示感謝。

編者  
2024年于南京

第一章 緒論 001
第一節　酶化學概述與發展歷程 001
第二節　酶化學研究現狀與前景 004
 
第二章 酶化學基礎理論 007
第一節　酶的分類和命名 007
一、酶的分類 007
二、酶的命名 008
第二節　酶的化學組成與結構 010
一、單純酶和結合酶 010
二、酶的輔因子 010
三、酶的活性中心 011
四、酶按結構的分類 011
五、同工酶 013
第三節　酶促反應的特點和機制 013
一、酶促反應的特點 013
二、酶促反應的機制 015
 
第三章 酶促反應動力學 017
第一節　影響酶促反應的因素 017
一、影響酶促反應速率的內因 017
二、影響酶促反應速率的外因 025
第二節　酶活力單位 033
第三節　酶的調節 034
一、酶的結構調節 034
二、酶的數量調節 036
 
第四章 酶的合成與制備 037
第一節　酶的生產方法 037
一、提取分離法 037
二、生物合成法 038
三、化學合成法 039
第二節　酶的發酵生產 039
一、優良產酶菌的特點 040
二、主要的產酶菌 041
三、產酶菌的獲得 042
四、產酶菌的培養 046
第三節　提高發酵產酶量的方法 052
一、酶合成的調控機制 053
二、控制發酵條件提高產酶量 057
三、通過誘變提高產酶量 064
四、通過基因重組提高產酶量 065
五、其他提高產酶量的方法 065
 
第五章 酶的分離純化 067
第一節　酶分離純化的一般原則 067
一、減少或防止酶的變性失活 067
二、根據不同性質采用不同的分離純化方法 068
三、建立快速可靠的酶活力檢測方法 068
四、盡量減少分化步驟 068
第二節　酶的提取 069
一、預處理和細胞破碎 069
二、提取 071
三、濃縮 072
第三節　酶的純化 073
一、根據酶溶解度不同進行純化 073
二、根據酶分子大小、形狀不同進行 純化 076
三、根據酶分子電荷性質進行純化 079
四、根據酶分子專一親和作用進行純化 082
五、高效液相色譜法 085
六、酶的結晶 088
七、酶純化方法評價 090
第四節　酶的純度與保存 090
一、酶純度的檢驗 090
二、酶活力的檢驗 092
三、酶的劑型 092
四、酶的穩定性與保存 092
 
第六章 酶的固定化 094
第一節　酶固定化技術概述 094
一、酶固定化技術的含義 094
二、酶固定化的一般原則 095
三、酶固定化的方法 095
第二節　固定化酶的性質及其影響因素 097
一、固定化酶的性質 097
二、影響固定化酶性質的因素 098
三、固定化酶的優缺點及研究意義 099
第三節　固定化酶的研究進展及展望 100
一、固定化載體材料和固定化技術的研究概況 100
二、固體化載體材料和固定化技術的發展 102
三、展望 103
 
第七章 酶的化學修飾 104
第一節　酶的化學修飾的基本要求 104
一、被修飾酶的基本性質 104
二、修飾劑的選擇 104
三、反應條件的確定 105
四、修飾效果的評價 105
第二節　酶分子的修飾技術 106
一、大分子修飾 106
二、小分子結合修飾（酶分子側鏈修飾） 107
三、肽鏈有限水解修飾 110
四、氨基酸置換修飾 110
五、金屬替換修飾 111
六、固定化修飾 111
七、基于基因工程的修飾技術 111
第三節　酶化學修飾的應用 113
一、在酶結構與功能方面的應用 113
二、在工業方面的應用 113
三、在生物醫藥方面的應用 114
 
第八章 酶的定向進化 115
第一節　酶定向進化的概述 115
一、定向進化的含義 115
二、定向進化的優勢與挑戰 119
第二節　酶基因的隨機突變 120
一、定向進化的基本原理 120
二、序列多樣化的方法 120
第三節　酶突變基因的定向選擇 125
一、定向選擇的重要性 125
二、常用的定向選擇策略 125
三、選擇的效率和準確性 128
四、現代技術在定向選擇中的應用 129
五、定向選擇在實際應用中的案例研究 129
六、未來展望 130
第四節　酶分子定向進化的研究進展及應用 130
一、定向進化的歷史背景 130
二、新的突變和篩選技術 131
三、定向進化的應用領域與實際應用案例 132
四、展望 135
 
第九章 計算酶化學 137
第一節　經典的計算機輔助酶設計 137
一、基于序列的酶設計 137
二、基于結構的酶設計 140
三、傳統的計算機輔助酶設計的流程 141
第二節　物理驅動的酶設計 143
一、底物結合和產物釋放 143
二、催化 144
三、物理驅動方法軟件和工具 146
第三節　數據驅動的酶設計 149
一、預測酶的性質參數 150
二、酶工程中的DBTL循環 151
三、數據驅動的計算蛋白質設計 152
 
第十章 人工酶 155
第一節　人工酶概述 155
一、主客體酶模型 156
二、肽酶 159
三、分子印跡酶 159
第二節　人工酶與人工光合作用 165
一、水分子氧化 166
二、水分子還原 169
三、二氧化碳還原 170
第三節　人工酶與人工固氮 172
一、生物固氮與固氮酶 172
二、光催化固氮 175
 
第十一章 核酶 181
第一節　天然核酶 181
一、自剪接型核酶 182
二、自剪切型核酶 184
三、天然核酶的鑒定方法與生物應用 186
第二節　人工核酶 189
一、DNA核酶的分類與結構 189
二、DNA核酶體外篩選策略 192
三、基于DNA核酶的生物傳感器的設計策略 194
第三節　DNA核酶在生物傳感分析領域的應用 196
一、金屬離子檢測 196
二、細菌檢測 197
三、蛋白質和小分子檢測 198
 
第十二章 納米酶 200
第一節 納米酶簡介 200
第二節 納米酶的類型 201
一、過氧化物納米酶 201
二、氧化納米酶 202
三、超氧化物歧化納米酶 203
四、過氧化氫納米酶 203
五、水解納米酶 203
第三節 納米酶的反應動力學和催化機制研究 204
一、酶促反應動力學 204
二、過氧化物納米酶的催化機制研究 206
第四節 納米酶催化活性的調控 206
一、元素組成 207
二、尺寸 207
三、形貌和晶面 208
第五節 納米酶的應用 209
一、用于生物傳感和診斷 209
二、用于抗腫瘤治療 210
三、用于抗菌和抗生物膜治療 210
四、用于抗炎癥治療 211
五、用于其他疾病的治療 211
 
第十三章 非水酶學 213
第一節　概述 213
第二節　傳統非水酶學中的反應介質 213
一、水-有機溶劑單相系統 214
二、水-有機溶劑兩相系統 214
三、含有表面活性劑的乳液或微乳液系統 214
四、微水有機溶劑單相系統 215
五、無溶劑或微溶劑反應系統 215
六、氣相反應介質 216
第三節　非水介質中酶的結構與性質 216
一、非水介質中酶的結構 216
二、非水介質中酶的性質 219
第四節　影響非水介質中酶催化的因素以及調控策略 222
一、有機溶劑 222
二、反應系統的水含量 224
三、添加劑 227
四、生物印跡 228
五、化學修飾 228
六、酶固定化技術 229
七、反應溫度 229
八、酶干燥前所在緩沖液的pH和離子強度 229
第五節　非水介質中酶催化的應用 230
一、酯的合成 230
二、肽的合成 232
三、高分子的合成與改性 232
四、光學活性化合物的制備 234
第六節　離子液體中的酶催化 236
一、離子液體概述 236
二、離子液體的溶劑特性 238
三、離子液體在酶催化中的應用 239
 
第十四章 有機合成中的酶促反應 242
第一節　酶催化的有機合成反應概述 242
一、有機合成反應中酶催化特征 243
二、有機合成反應中酶催化的劣勢 243
第二節　酶催化有機合成反應的類型 244
一、C—O鍵的水解和生成反應 244
二、C=C鍵的加水和消除反應 247
三、C—N鍵的水解和生成反應 250
四、C—C鍵的生成和裂解反應 253
五、P—O鍵的生成和斷裂反應 256
六、還原反應 258
七、氧化反應 261
八、鹵化反應 268
九、異構化反應 270
第三節　酶在有機合成反應中的應用 275
一、利用酮還原酶生產手性醇 275
二、酶促羥基化制備手性醇 276
三、利用腈水解酶生產他汀類藥物 277
四、利用轉氨酶合成西格列汀中間體 278
五、利用腈水解酶合成羧酸類化合物 279
六、通過裂合酶生產氨基酸類化合物 280
七、利用蔗糖磷酸化酶合成糖苷類化合物 281
八、多酶級聯生物催化合成精草銨膦 283
 
第十五章 天然產物的酶法修飾 287
第一節　天然產物的糖基化修飾 288
一、糖基轉移酶概述 288
二、糖基轉移酶在改善天然產物中的應用 290
第二節　天然產物的酰基化修飾 293
一、組蛋白翻譯后修飾 293
二、酰基化修飾在其他天然產物中的應用 299
第三節　天然產物的酶法降解及合成修飾 302
一、多糖酶法降解修飾 303
二、多糖酶法合成修飾 320 

參考文獻 322