목차
역자 서문 ... 5
저자 서문 ... 5
1부 서론
1.생물화학공학도란? ... 17
1.1. 서 언 ... 17
1.2. 생물공학과 생물화학공학 ... 17
1.3. 생물학자와 공학자는 연구접근방법이 다르다. ... 18
1.4. 페니실린 이야기 : 어떻게 생물학자와 공학자가 협력하였는가 ... 19
추가 참고 문헌 ... 25
2부 생물의 기초 : 공학적 관점
2.생물학 기초원리의 개관 ... 29
2.1. 모든 세포는 동일한가? ... 29
2.1.1. 미생물의 다양성 ... 29
2.1.2. 명명법 ... 30
2.1.3. 바이러스 ... 32
2.1.4. 원핵세포 ... 33
2.1.5. 진핵세포 ... 37
2.2. 세포 구조 ... 45
2.2.1. 서론 ... 45
2.2.2. 아미노산과 단백질 ... 46
2.2.3. 탄수화물 : 단당류와 다당류 ... 54
2.2.4. 지질, 지방, 스테로이드 ... 58
2.2.5. 핵산, RNA, DNA ... 60
2.3. 세포 영양소 ... 67
2.3.1. 서론 ... 67
2.3.2. 정량영양소 ... 69
2.3.3. 미량영양소 ... 70
2.3.4.생장배지 ... 72
2.4 요약 ... 72
추가 참고 문헌 ... 75
연습문제 ... 76
3.효소 ... 77
3.1. 서론 ... 77
3.2. 효소의 작용 ... 78
3.3. 효소 속도론 ... 81
3.3.1. 서론 ... 80
3.3.2. 단순효소속도론의 수직적 모형 ... 81
3.3.3. Michaelis - Menten 속도식의 실험에 의한 속도상수의 결정 ... 84
3.3.4. 보다 복잡한 효소속도론의 모델 ... 86
3.3.5. pH와 온도의 영향 ... 94
3.4. 고정화 효소 시스템 ... 98
3.4.1. 고정화 방법 ... 98
3.4.2. 고정화된 효소계의 확산제한 ... 103
3.4.3. 고정화 효소계에서의 정전기 및 입체효과 ... 109
3.5. 효소의 대규모 생산 ... 110
3.6. 효소의 의약 및 산업적 활용 ... 113
3.7. 요약 ... 116
추가 참고 문헌 ... 117
연습문제 ... 118
4.세포의 작용 ... 124
4.1. 서론 ... 124
4.2. 불변의 원리 ... 124
4.3. DNA 복제 : 세포신호의 보존과 전파 ... 125
4.4. 전사 : 신호의 전달 ... 128
4.5. 번역 : 유전신호로부터 단백질까지 ... 131
4.5.1. 유전암호 : 공통적인 유전신호 ... 131
4.5.2. 번역 : 단백질 번역장치의 작동방법 ... 133
4.5.3. 번역 후의 과정 : 단백질을 유용하게 만듦 ... 134
4.6. 대사조절 ... 135
4.6.1. 유전적 수준의 제어 : 어떤 단백질들이 합성되는가? ... 136
4.6.2. 대사경로 제어 ... 139
4.7. 세포는 어떻게 세포밖의 환경을 감지하는가 ... 141
4.7.1. 세포막을 통한 작은 분자들의 수송기작 ... 141
4.7.2. 대사와 세포분화에서 세포 수용체의 역할 ... 144
4.8. 요약 ... 145
4.9. 부록 : 복잡한 경로조절의 예 ... 147
추가 참고 문헌 ... 148
연습문제 ... 149
5.주요 대사 경로 ... 150
5.1. 서론 ... 150
5.2. 생체 에너지론 ... 150
5.3. 포도당 대사 : 해당과정 및 TCA회로 ... 154
5.4. 호흡 ... 158
5.5. 호기성 포도당 대사에서의 제어부위 ... 160
5.6. 생합성 개관 ... 161
5.7. 혐기성 대사 개관 ... 164
5.8. 독립 영양 대사 개관 ... 166
5.9. 요약 ... 169
추가 참고 문헌 ... 170
연습문제 ... 170
6.세포의 생장 ... 171
6.1. 서론 ... 171
6.2. 회분식 생장 ... 171
6.2.1. 세포농도의 정량 ... 172
6.2.2. 회분식 배양에서의 생장 형태 및 반응과정 ... 177
6.2.3. 환경조건이 생장 반응과정에 미치는 영향 ... 185
6.2.4. 미생물 생장에 따른 열 발생 ... 190
6.3. 생장반응 과정의 정량화 ... 191
6.3.1. 서론 ... 207
6.3.2. 비생장 속도 예측을 위한 비구조 비분별 모델의 사용 ... 192
6.3.3. 과도기적 거동에 대한 모델 ... 201
6.4. 연속 배양에서의 세포 생장 ... 207
6.4.1. 서론 ... 207
6.4.2. 연속 배양을 위한 특정 장치 ... 207
6.4.3. 이상적 키모스탯 ... 208
6.4.4. 도구로서의 키모스탯 ... 215
6.4.5. 이상 상태와의 차이 ... 216
6.5 요약 ... 217
추가 참고 문헌 ... 218
연습문제 ... 219
7.미생물 생장과 산물 생성에 관한 양론 ... 224
7.1. 서론 ... 224
7.2. 몇 가지 용어의 정의 ... 224
7.3. 양론 계산 ... 226
7.3.1. 원소 수지 ... 226
7.3.2. 환원도 ... 228
7.4. 수율 계수의 이론적 예측 ... 232
7.5. 요약 ... 233
추가 참고 문헌 ... 233
연습문제 ... 234
8.세포 정보의 변경 ... 236
8.1. 서론 ... 236
8.2. 돌연변이와 선별 과정을 통한 원하는 생화학적 특성의 진화 ... 236
8.2.1. 돌연변이가 일어나는 과정 ... 237
8.2.2. 원하는 돌연변이주의 선별 ... 238
8.3 유전자 전달 및 재배열의 자연발생적 메커니즘 ... 240
8.3.1. 유전자 재조합 ... 243
8.3.2. 형질 변환 ... 244
8.3.3. 형질 도입 ... 245
8.3.4. 에피솜과 접합 ... 246
8.3.5. 트랜스포손 : 세포 내부 유전자 전달 ... 249
8.4. 세포의 유전공학적 처리 ... 249
8.4.1. 유전공학의 기본 요소 ... 250
8.4.2. 고등생물의 유전공학적 처리 ... 254
8.5 요약 ... 255
추가 참고 문헌 ... 255
연습문제 ... 257
3부 생물공정에서의 공학적 원리
9.현탁배양과 고정화배양을 위한 생물반응기 운전에 대한 고찰 ... 261
9.1. 서론 ... 261
9.2. 배양방법의 선택 ... 261
9.3. 회분식과 연속식 반응기의 변형 ... 263
9.3.1. 재순환이 있는 키모스탯 ... 263
9.3.2. 다단 키모스탯 시스템 ... 266
9.3.3. 유가식 운전 ... 272
9.4. 고정화 세포계 ... 278
9.4.1. 서론 ... 278
9.4.2. 세포의 능동적 고정화 ... 278
9.4.3. 수동적 고정하 : 생물학적 막 ... 282
9.4.4. 고정화 세포계에서의 확산제한 ... 284
9.4.5. 고정화 세포계에서의 생물반응기에 대한 고찰 ... 289
9.5. 고상 발효 ... 291
9.6. 요약 ... 294
추가 참고 문헌 ... 295
연습문제 ... 296
10.생물반응기의 선택, 대규모화, 조업 그리고 제어 ... 300
10.1. 서론 ... 300
10.2. 대규모화와 문제점 ... 300
10.2.1. 서론 ... 300
10.2.2. 반응기 형태에 대한 개관 ... 300
10.2.3. 통기, 교반 그리고 열전달에 대한 몇 가지 고찰 ... 307
10.2.4. 대규모화 ... 311
10.2.5. 소규모화 ... 314
10.3. 생물반응기의 계장과 제어 ... 319
10.3.1. 서론 ... 319
10.3.2. 능동적 발효의 측정을 위한 계장 ... 320
10.3.3. 얻어진 정보의 이용 ... 323
10.4 공정유체의 멸균 ... 327
10.4.1. 서론과 사멸속도론 ... 327
10.4.2. 액체의 멸균 ... 328
10.4.3. 기체의 멸균 ... 334
10.5 요약 ... 336
추가 참고 문헌 ... 337
연습문제 ... 339
11.생성물의 회수와 정제 ... 342
11.1. 생성물의 회수와 정제 방안 ... 342
11.2..불용성 생성물의 분리 ... 342
11.2.1. 여과 ... 344
11.2.2. 원심분리 ... 349
11.2.3. 응고와 응집 ... 353
11.3. 세포 파쇄 ... 354
11.3.1. 기계적 방법 ... 354
11.3.2 .비기계적 방법 ... 355
11.4. 가용성 생성물의 분리 ... 356
11.4.1. 액체 - 액체 추출 ... 356
11.4.2. 수성 이성분계 추출 ... 361
11.4.3. 침전 ... 362
11.4.4. 흡착 ... 364
11.4.5. 투석 ... 368
11.4.6. 역삼투 ... 369
11.4.7. 한외여과 ... 371
11.4.8. 교차흐름 한외여과 ... 373
11.4.9. 크로마토그래피 ... 378
11.4.10. 전기영동 ... 384
11.4.11. 전기투석 ... 385
11.5. 정제의 마무리 단계 ... 386
11.5.1. 결정화 ... 386
11.5.2. 건조 ... 387
11.6. 반응과 분리의 결합 ... 388
11.7. 요약 ... 389
추가 참고 문헌 ... 391
연습문제 ... 391
4부 비전통적 생물계로의 응용
12.혼합배양 ... 397
12.1. 서론 ... 397
12.2. 혼합배양에서 상호작용의 주요 종류 ... 397
12.3. 혼합배양 상호작용을 기술하는 간단한 모델 ... 401
12.4. 자연상의 혼합배양 ... 407
12.5. 혼합배양의 산업적 이용 ... 410
12.6. 생물학적 폐기물 처리 : 혼합배양의 산업적 이용의 예 ... 412
12.7. 요약 ... 427
추가 참고 문헌 ... 428
연습문제 ... 428
13.유전자 조작된 생체의 이용 ... 431
13.1. 서론 ... 431
13.2. 생산물은 공정 결정에 어떤 영향을 미치는가 ... 432
13.3. 숙주 - 운반체 시스템 선정 ... 433
13.3.1. 개관 ... 433
13.3.2. 대장균 ... 434
13.3.3. 그람 양성박테리아 ... 436
13.3.4. 하등 진핵세포 ... 437
13.3.5. 동물 세포 ... 438
13.4. 공정상의 제약 : 유전자 불안정성 ... 440
13.4.1. 분리에 의한 유실 ... 441
13.4.2. 플라스미드 구조적 불안정성 ... 443
13.4.3. 숙주세포 돌연변이 ... 443
13.4.4. 생장속도에 지배되는 불안정성 ... 444
13.5. 공정상의 문제를 피하기 위한 운반체 디자인에서 고려할 점 ... 445
13.6. 숙주 - 운반체 상호작용 및 유전자 불안정성의 예측 ... 449
13.7. 유전공정상의 제한규정 ... 458
13.8. 대사 공학 ... 461
13.9. 단백질 공학 ... 463
13.10. 요약 ... 465
추가 참고 문헌 ... 466
연습문제 ... 467
14.식물세포 배양시의 생물공정에 대한 고찰 ... 470
14.1. 식물세포를 왜 배양하는가? ... 470
14.2. 배양시 미생물과 비교한 식물세포 ... 472
14.3. 생물 반응기의 고찰 ... 476
14.3.1. 현탁 배양을 위한 생물반응기 ... 476
14.3.2. 세포 고정화를 사용한 반응기 ... 478
14.3.3. 기관환된 조직을 위한 생물반응기 ... 481
14.4. 식물세포 조직배양의 경제성 ... 483
14.5. 요약 ... 484
추가 참고 문헌 ... 484
연습문제 ... 485
15.동물세포 배양시의 생물공정에 대한 고찰 ... 486
15.1. 동물세포의 구조와 생화학 ... 486
15.2. 동물세포 배양에 사용되는 방법들 ... 489
15.3. 동물세포 배양을위한 생물반응기의 고찰 ... 497
15.4. 동물세포 배양의 생산물 ... 503
15.4.1. 단일군 항체 ... 503
15.4.2. 면역생물학적 조절인자 ... 504
15.4.3. 바이러스 백신 ... 504
15.4.4. 호르몬 ... 505
15.4.5. 효소 ... 505
15.4.6. 살충제 ... 505
15.4.7. 전체 세포 및 조직 배양 ... 505
15.5 요약 ... 506
추가 참고 문헌 ... 507
연습문제 ... 508
16. 끝맺음 말 ... 509
한글 색인 ... 511
영문 색인 ... 526
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