Biotechnological Applications of Photosynthetic Proteins pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:Springer

作者:Maria Teresa Giardi

出品人:

页数:232

译者:

出版时间:2006-06-09

价格:USD 159.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780387330099

丛书系列:

图书标签:

• Photosynthesis
• Photoproteins
• Biotechnology
• Protein Engineering
• Bioenergy
• Biocatalysis
• Synthetic Biology
• Light Harvesting
• Bioelectronics
• Nanobiotechnology

生物技术在光合作用蛋白领域的应用：一部超越现有研究的深度探索 本书聚焦于光合作用这一生命活动的核心驱动力——蛋白质，以一种前所未有的、高度聚焦于应用和未来潜力的视角，系统性地梳理和展望了生物技术如何重塑我们对这些关键分子理解和利用的方式。 本书并非对光合作用蛋白基础结构或生化路径的简单综述，而是深入挖掘了如何通过基因工程、蛋白质工程、合成生物学以及先进的组装技术，将这些自然界中最精密的分子机器转化为具有实际工业和环境应用价值的工具和系统。 本书的叙事结构围绕“从自然到工程”这一核心理念展开，摒弃了传统的植物生理学叙事框架，转而采用一种跨学科的、以解决实际问题为导向的工程学视角。 第一部分：光合作用蛋白的“再设计”与功能优化 本部分着眼于如何利用现代分子生物学工具，对天然光合作用系统中的关键蛋白进行精确的改造和优化，以满足特定的生物技术需求。 第一章：捕光复合体（LHCs）的结构变异与光能收集效率的工程调控 本章深入探讨了捕光复合体（Light-Harvesting Complexes, LHCs）的分子结构如何决定其光能捕获和传输效率。重点不在于描述其天然结构，而在于详细阐述如何利用定向进化和理性设计方法，修改天线色素（如叶绿素和类胡萝卜素）的结合口袋，从而： 拓宽光谱吸收范围： 通过引入或替换非天然色素或改变氨基酸残基的极性，使复合物能够捕获传统植物色素难以利用的短波或长波光能。 调控激发能级转移速率： 精确控制光能从外围天线向反应中心传递的时间常数，以最小化能量耗散，特别是在高光照条件下，以实现“光保护”的动态调控。 固载化与稳定性增强： 讨论将LHCs嵌入人工膜系统或纳米载体中，以提高其在非天然环境（如体外催化或生物传感器）中的热稳定性和抗氧化能力。 第二章：反应中心（RCs）的电子传递链工程与光电转换器件的构筑 反应中心是光合作用的“引擎”。本章侧重于对其中的关键电子供体和受体（如P680/P700、Pheophytin、醌类受体）进行功能重编程。 非天然电子供体/受体的耦合： 探讨如何通过基因融合或位点突变，使反应中心能够与外部的、化学性质稳定的无机氧化还原物质（如金属离子或导电聚合物）直接交换电子，从而构建高效的生物光电化学电池。 电荷分离寿命的延长： 分析如何通过修饰关键残基，抑制光生电子-空穴对的快速复合（Recombination），将电荷分离寿命延长至秒级甚至更久，为后续的化学反应提供足够的时间窗口。 跨膜电位的利用： 讨论如何利用反应中心固有的跨膜结构，在细胞膜或脂质体囊泡内外构建稳定的电势梯度，并将其耦合至ATP合成酶的类似物，实现无机光驱动的化学梯度生成。 第二部分：合成生物学工具箱中的光合蛋白模块 本部分将光合作用蛋白视为可插拔的生物模块，探讨如何将其整合到全新的、非天然的生物制造系统中。 第三章：基于光合蛋白的异源能量捕获与生物燃料生产 本章的核心在于将光合系统从植物细胞中剥离出来，并将其嵌入到微生物宿主（如酵母或大肠杆菌）中，用于生产高附加值的化学品或燃料。 光能驱动的碳固定： 详细介绍将核心的CO2固定酶（如RubisCO）及其辅因子再生系统，与高效的光能捕获系统进行异源装配。重点分析如何克服RubisCO在天然环境中的低效率问题，例如通过酶域工程或构建微区室（Microcompartments）来富集CO2。 合成光合电子流的重定向： 阐述如何通过代谢工程，截断天然光合路径中的下游步骤，并将反应中心释放的高能电子导向非天然的合成代谢通路，例如直接还原成氢气（H2）或还原性力量子（如NADPH），用于生物合成高价值的萜烯类、脂肪酸衍生物或生物塑料单体。 第四章：光敏开关与蛋白探针：生物光控系统与分子传感器 本章关注光合蛋白的固有光敏性，将其转化为精确的、可被光远程控制的生物开关和高灵敏度传感器。 光控基因表达系统： 讨论如何利用光合蛋白（特别是光敏的调控蛋白或膜蛋白的构象变化）作为光敏元件，将其与转录因子结构域融合，实现对目标基因表达的“开”与“关”的精确时空控制。这超越了传统的蓝光/红光诱导系统，利用了光合蛋白对特定波长和光强度的高灵敏度。 膜电位与离子流动的光响应探针： 探讨如何改造如细胞色素b6f复合物等膜蛋白，使其在接收特定光信号后，其电子传递产生的跨膜电荷分离能够驱动非天然的离子泵（如氯离子或质子）的运动，从而作为实时监测细胞或人工膜电位变化的荧光或电化学探针。 第三部分：前沿：人工光合系统与环境修复 本部分将视野投向最宏大的应用场景：构建完全人工的、高效能的光能转换平台，以及利用光合蛋白系统解决环境挑战。 第五章：仿生光合膜与纳米结构集成 本章深入讨论如何将纯化的或重组的光合蛋白集成到非生命基质中，以构建具有超高稳定性和可预测性的仿生器件。 脂质体与聚合物支架的构建： 详细分析了在构建人工类囊体（Artificial Thylakoids）时，如何精确控制膜的曲率和脂质组成，以优化蛋白的活性和定向排列。讨论了利用DNA折纸术（DNA Origami）或聚合物纳米片作为模板，实现反应中心和天线复合体的二维或三维周期性排列。 固态光电化学界面的设计： 探讨将光合蛋白与半导体材料（如二氧化钛、量子点）直接耦合的技术。重点在于解决界面处的电子耦合效率问题，目标是实现光能到电能或燃料（如H2或CO）的直接、高效率转换，使系统能够承受工业规模的操作条件。 第六章：利用光合蛋白机制进行环境污染物降解 本章探索了光合作用产生的强氧化能力在环境工程中的应用潜力。 光驱动的自由基生成： 分析如何通过精心设计的反应中心或氧化还原酶，在光照下高效地产生超氧阴离子或羟基自由基。探讨如何利用这些活性氧物质（ROS）选择性地氧化和降解水体或土壤中的持久性有机污染物（POPs）。 重金属的生物吸附与光诱导转化： 讨论如何利用特定光合蛋白的金属结合域，将其固定在功能化载体上，增强对特定重金属（如镉、铅）的捕获能力。更进一步，探索光能是否可以驱动某些重金属离子的价态转化，使其毒性降低或更易于回收。 结论：通往生物技术驱动的能源与材料革命的路线图 本书的结论部分将整合前文所有工程和应用进展，描绘出一幅清晰的、跨越未来二十年的研发路线图。重点强调当前制约这些光合蛋白生物技术规模化应用的瓶颈（如蛋白的体外稳定性、规模化纯化成本、异源表达的效率等），并提出通过高通量筛选和人工智能辅助设计来加速突破的策略。本书旨在成为光合作用生物技术领域内，致力于应用和工程化的研究人员、工程师和产业战略家的关键参考读物。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆