代謝考題答案

1、1.1.微生物代謝工程定義、研究內(nèi)容和研究手段微生物代謝工程定義、研究內(nèi)容和研究手段定義：定義：代謝工程是利用分子生物學(xué)原理系統(tǒng)分析細胞代謝網(wǎng)絡(luò)并通過DNA重組技術(shù)和應(yīng)用分析生物學(xué)相關(guān)的遺傳學(xué)手段對細胞進行有精確目標(biāo)的基因操作改變微生物原有的代謝或調(diào)節(jié)系統(tǒng)實現(xiàn)目的產(chǎn)物代謝活性的提高；研究內(nèi)容：研究內(nèi)容：①生物合成相關(guān)代謝調(diào)控和代謝網(wǎng)絡(luò)理論；②代謝流的定量分析；③代謝網(wǎng)絡(luò)的重新設(shè)計；④中心代謝作用機理及相關(guān)代謝分析；⑤基因操作。研究手段：

2、研究手段：(1)檢測技術(shù)：常規(guī)的化學(xué)和生物化學(xué)檢測手段都可用于代謝工程的研究。這包括：體內(nèi)確定代謝流的物料平衡和同位素標(biāo)記示蹤方法；表征酶促反應(yīng)進程和性質(zhì)的酶促反應(yīng)動力學(xué)分析方法測定同位素富集和關(guān)鍵代謝物相對分子質(zhì)量分布的光譜學(xué)方法(核磁共振、質(zhì)譜、液相色譜分析和氣相色譜分析等)；生物傳感器技術(shù)。根據(jù)些檢測信息可以判斷和描述代謝流的基本狀態(tài)，并為細胞的代謝流及其控制分析提供翔實可靠的原始數(shù)據(jù)。(2)分析技術(shù)：在獲得大量生化反應(yīng)基本數(shù)據(jù)的

3、基礎(chǔ)上，采用化學(xué)計量學(xué)、分子反應(yīng)動力學(xué)和化學(xué)程學(xué)的研究方法并結(jié)合先進的計算機技術(shù)，可以進一步闡明細胞代謝網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)特征與控制機理，以確定代謝改造的思路。這些分析手段包括能準(zhǔn)確測定細胞內(nèi)代謝網(wǎng)絡(luò)流的穩(wěn)態(tài)法、展示代謝流控制過程的擾動法、簡化復(fù)雜代等提出的的組合法以及代謝網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)等。(3)基因操作技術(shù)：在代謝工程中，代謝網(wǎng)絡(luò)的操作實質(zhì)上可以歸結(jié)為基因水平上的操作。這個過程涉及幾乎所有的分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)實驗技術(shù)，如基因和基因簇的克隆表

4、達、調(diào)控，DNA的雜交檢測與序列分析，外源DNA的轉(zhuǎn)化，基因的體內(nèi)同源重組與敲除，整合型重組DNA在細胞內(nèi)的穩(wěn)定維持等。代謝工程技術(shù)得以廣泛應(yīng)用的一個重要前提就是外源基因在所有生物物種（包括人體）中轉(zhuǎn)化和表達的可行性，而這種可行性又在很大程度上依賴于各種載體和基因表達調(diào)控元件的開發(fā)。2代謝改造思路和代謝設(shè)計原理代謝改造思路和代謝設(shè)計原理代謝改造思路代謝改造思路代謝工程研究的重點在于改造代謝網(wǎng)絡(luò)，以便生產(chǎn)特定目的代謝產(chǎn)物或具有過量生產(chǎn)能力

5、的工程菌應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。根據(jù)微生物的不同代謝特性，常采用改變代謝流、擴展代謝途徑和構(gòu)建新的代謝途徑三種方法。(1)改變代謝途徑方法加速限速反應(yīng)：增加限速酶的表達量，來提高產(chǎn)物產(chǎn)率。然而限速酶反應(yīng)的改變可能會給整個代謝網(wǎng)絡(luò)帶來負面影響。改變分支代謝途徑流向：提高代謝分支點某一分支代謝途徑酶活力，使其在與其它的分支代謝途徑的競爭中占據(jù)優(yōu)勢，從而提高目的代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量。(2)擴展代謝途徑在宿主菌中克隆和表達特定外源基因，從而延伸代謝途徑，以生

6、產(chǎn)新的代謝產(chǎn)物和提高產(chǎn)率。擴展代謝途徑還可使宿主菌能夠利用自身的酶或酶系消耗原來不消耗的底物。(3)轉(zhuǎn)移或構(gòu)建新的代謝途通過轉(zhuǎn)移代謝途徑、構(gòu)建新的代謝途徑等方法來實現(xiàn)。代謝設(shè)計原理代謝設(shè)計原理現(xiàn)存代謝途徑中改變增加目的產(chǎn)物代謝流現(xiàn)存代謝途徑中改變增加目的產(chǎn)物代謝流(1)增加限速酶編碼基因的拷貝數(shù)：沒有改變代謝流，只是增加了酶的量，提高了中間物的濃度，從而提高限速反應(yīng)的反應(yīng)速率；(2)強化以啟動子為主的關(guān)鍵基因的表達系統(tǒng)可以提高產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化

7、率；(3)提高目標(biāo)途徑激活因子的合成速率；(4)滅活目標(biāo)途徑抑制因子的編碼基因；(5)阻斷與目標(biāo)途徑相竟?fàn)幍拇x途徑；(6)改變分支代謝途徑流向：提高某一2）體外蛋白質(zhì)相互作用技術(shù)1、FarWestern印跡技術(shù)2、GST融合蛋白沉降技術(shù)3、蛋白質(zhì)芯片技術(shù)4、等離子表面共振技術(shù)5、免疫共沉淀技術(shù)4什么是酶的反饋抑制，以纈氨酸代謝途徑來舉例說明什么是酶的反饋抑制，以纈氨酸代謝途徑來舉例說明酶的反饋抑制是指生物合成途徑的終產(chǎn)物反過來對該途徑