微生物代谢工程复习

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1、微生物代谢工程复习提纲第一章绪论•代谢工程定义、主要研究内容及应用方向1、代谢工程定义：通过某些特定牛•化反应的修饰來定向改善细胞的特性,或运用重组DNA技术来创造新的化合物。2、主要研究内容：①生物介成相关代谢调控和代谢网络理论；②代谢流的定量分析：③代谢网络的重新设计；④屮心代谢作用机理及相关代谢分析；⑤基因操作。3、应用方向：(1)提高细胞现存代谢途径中天然产物的产量；(2)改造细胞现存的代谢途径，使其合成新产物，这种新产物可以是屮间代谢产物或修饰型的最终产物；⑶对不同细胞的代谢途径进行拟合，构建全新的代谢通路，从而产生细胞自身不

2、能合成的新产物；(4)优化细胞的4物学特性，如：生长速率、极端环境条件和耐受性等。4、要解决的主要问题：改变某些途径中的碳架物质流量或改变碳架物质在不同途径中的流量分布。典型目标是修饰初级次级代谢，将碳架物质流导入目的产物的理想载流途径以获得产物的最人转化率。5、代谢工程最为突出的特征是强调生化反应途径与代谢流及其体内条件的控制相关联。6、代谢工程的首要工作就是利用在广泛而深入的研究中获得的技术信息进行组合设计。•系统研究代谢流及其控制机制包括的三大基本步骤1、建立一种能尽可能多的观察代谢网络并测定其流量的方法。为了做到这一点，通常从测

3、定细胞外代谢产物的浓度入手进行简单的物料平衡。由于一个代谢途径的代谢流并不等于该途径中一个或多个腮的活性，所以陆法分析并不能提供代谢网络真正的代谢流信息，除非相应的酶在体外分析条件下存在并具有活性。因此，在代谢分析屮，酶法分析常会错谋地显示相似数量级的代谢流，从而导致产生不正确的结论。2、在代谢网络中施加一个已知的扰动，以确定在系统松散Z后达到新的稳态时的代谢流。常用的扰动方式包括启动子的诱导、底物流加、特定碳源消除或物理因素变化等。虽然任何有效的扰动对代谢流的作丿IJ都是可以接受的，但扰动必须定位于近邻途径节点的酶分了上。一种扰动往往

4、能提供多个节点上的相关信息，这对■于粕确描述代谢网络控制结构所必需的最小实验量是至关重要的。3、要系统分析代谢流扰动的结果。如果某个代谢流的扰动对下游代谢流并未能造成可观察的彫响，那么就可以认为该处的节点对上游的扰动是刚性的，相反则成为柔性的。一般地，在刚性节点处，不能通过改变上游酶活性来影响下游代谢流。=.•节点、柔性节点、强刚性节点、弱刚性节点、依赖型代谢网络、独立型网络、代谢流分析、弹性系数、流量控制系数。1、节点：网络分流处的代谢产物称为节点。2、柔性盯点：是指由节点流向各分支的代谢流屋分割率随代谢耍求发生相应的变化，去除产物的

5、反馈抑制后，该分支的代谢流量分割率大大增加。3、强刚性节点：是指由节点流向某一•分支或某些分支的代谢流量分割率是难以改变的，这是由产物的反馈抑制及对另一分支酶的反式激活的相互作用所致。4、弱刚性节点：是指介于前两者Z间，由该节点流向各分支的代谢流中冇一个是占主导地位的，其晦活较高或对节点代谢的亲和力较大，且无反馈抑制，通过削弱主导分支的輛量或腮活可增加产物的产率。（柔性及弱刚性节点是代谢设计的主要对象）5、依赖型代谢网络：如果代谢网络屮各节点同等重要，即对产物的产量具冇相近的影响，则这类代谢网络称为依赖型代谢网络。依赖型代谢网络的存在会

6、给代谢工程的实施带来很大的困难。独立型代谢网络：如果代谢网络的主节点不集中，则可以通过対代谢的修饰影响目的产物的产量，这类网络为独立型网络。6、代谢流分析：代谢流分析是代谢分析的一个匝要手段。它假定细胞内的物质、能虽处于拟稳态，通过测定胞外物质浓度，再根据物料平衡计算细胞内的代谢流。（放射性标记、同位素示踪技术）7、弹性系数和流量控制系数是代谢控制分析研究的两个主要指标。弹性系数揭示代谢物浓度变化对反应速率的影响程度。流量控制系数则为单位酶变化量引起的某分支稳态代谢流量的变化，用来衡蜃某一步酶反应对整个反应体系的控制程度。这两个系数相互

7、关联，可直接或间接测定。•阐述代谢工程研究方法和技术主要的三大常用手段代谢工程综合了基因工程、微牛物学、牛化工程等领域的最新成果。因此,在研究方法和技术方面主要有下列三人常用手段：（1）检测技术常规的化学和生物化学检测手段都可用于代谢工程的研究。这包括：体内确定代谢流的物料平衡和同位素标记示踪力法；表征酚促反应进程和性质的酶促反应动力7分析方法;测定同位索富集和关键代谢物相对分子质量分布的光谱学方法（核磁共振、质谱、液相色谱分析和气相色谱分析等)；生物传感器技术。根据这些检测信息可以判断和描述代谢流的基木状态，并为细胞的代谢流及其控制分

8、析提供翔实可靠的原始数据。(2)分析技术在获得人量生化反应基本数据的基础上，采用化学计量学、分子反应动力学和化学匚程了的研究方法并结合先进的计算机技术，可以进一步阐明细胞代谢网络的动态特征与控制机理，以确定