代謝工程復(fù)習(xí)

1、一、根據(jù)生化代謝系統(tǒng)反應(yīng)反應(yīng)特點(diǎn)對生物體生化反應(yīng)進(jìn)行分類：裝配反應(yīng)（AssemblyReaction）：完成大分子的修飾，并將大分子運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞內(nèi)的特定區(qū)域，最終使其參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)元件的合成，如細(xì)胞壁、細(xì)胞膜等聚合反應(yīng)（PolymerizationReaction）：使細(xì)胞構(gòu)建單體聚合形成生物大分子，聚合過程均為長鏈?zhǔn)?，中間伴有分支反應(yīng)。生物合成反應(yīng)（BiosynthesisReaction）：最終產(chǎn)物是參與聚合反應(yīng)的構(gòu)建單體以及一些輔酶等。以級聯(lián)形式組合，形成特定的生物合成途徑，合成途徑中編碼不同酶的基因成簇分布，通常是一個操縱子。產(chǎn)能反應(yīng)（FuelingReaction）分解代謝途徑中的12種

2、生物合成前體，產(chǎn)生能量合成ATPATP提供能量，產(chǎn)生還原力（NADPH）。二、術(shù)語底物：培養(yǎng)基中的化合物，能被細(xì)胞進(jìn)一步代謝或直接構(gòu)成細(xì)胞組分。碳源、氮源、能源、無機(jī)鹽代謝產(chǎn)物：細(xì)胞產(chǎn)生并分泌到細(xì)胞外的化合物，分為初級代謝產(chǎn)物（C02、乙醇等）、次級代謝產(chǎn)物（該生物無明顯生理功能,或并非是微生物生長和繁殖所必需的物質(zhì)，如抗生素、毒素、激素、色素等）、蛋白質(zhì)生物基質(zhì)要素：生物大分子，RNA、DNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、糖類胞內(nèi)代謝物：代謝途徑的中間產(chǎn)物以及用于合成大分子的結(jié)構(gòu)單元途徑：代謝物的轉(zhuǎn)化、信息傳遞以及其他反應(yīng)的過程生化反應(yīng)途徑、代謝途徑：由一系列連續(xù)的生化反應(yīng)構(gòu)成。在活細(xì)胞中則稱為代謝途徑生

3、物反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)：生化途徑匯總構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)代謝網(wǎng)絡(luò)：包括物質(zhì)代謝網(wǎng)絡(luò)、能量代謝網(wǎng)絡(luò)，由分解、合成、膜運(yùn)輸途徑構(gòu)成代謝網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)網(wǎng)：通過化學(xué)反應(yīng)或生化反應(yīng)將化合物與代謝網(wǎng)絡(luò)連接通量/物流：物質(zhì)、信息通過代謝途徑產(chǎn)生的速率代謝流（碳架物質(zhì)流）：代謝物在代謝途徑中形成代謝流，某一代謝途徑的代謝流（Flux）定義為流入代謝物被途徑加工成流出代謝物的速率。在代謝工程上稱為，碳架物質(zhì)流代謝主流：一定培養(yǎng)條件下，代謝物在代謝網(wǎng)絡(luò)中流動，流量相對集中的代謝流為該條件下的代謝主流載流途徑：代謝主流經(jīng)過的代謝途徑，代謝工程中，指碳流在網(wǎng)絡(luò)中通過的主要途徑，即生產(chǎn)產(chǎn)物讓碳流相對集中進(jìn)行生產(chǎn)的途徑代謝主流的變動性、選擇性：微生物

4、的代謝主流處于不斷變化中（變動性），其方向、流量、載流途徑由于環(huán)境影響而發(fā)生改變（選擇性）理想載流途徑：代謝主流從設(shè)定的途徑通過，該途徑為理想載流途徑代謝網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)：代謝網(wǎng)絡(luò)的交叉點(diǎn)即代謝網(wǎng)絡(luò)分流處的代謝產(chǎn)物（代謝流的集散處）。條件改變，代謝流去向變化大的節(jié)點(diǎn)為主節(jié)點(diǎn)。分為柔性（流量分配容易改變并滿足代謝需求的一類節(jié)點(diǎn)）、柔剛性（介于兩者之間）、強(qiáng)剛性（是流量分配不容易改變的一類節(jié)點(diǎn)）節(jié)點(diǎn)的剛性：微生物自動抵制節(jié)點(diǎn)處流量分配的改變的特性代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性：微生物自動抵制代謝網(wǎng)絡(luò)流量分布的改變的特性代謝物流分析：計算各途徑的物流，描述不同途徑間的相互作用以及支點(diǎn)物流分布代謝控制分析：指通過某一途徑的物

5、流與以流量控制系數(shù)表示的酶活之間的定量關(guān)系流量控制系數(shù)：流量的百分比變化/某一酶酶活（該酶理論上能夠引起的流量的變化）的百分比變化總和原理：某一代謝系統(tǒng)中某一物流的所有酶的流量控制系數(shù)之和，為1彈性系數(shù)：表示酶催化反應(yīng)速率對代謝濃度的敏感性；彈性系數(shù)是個別酶的特性物流分擔(dān)比：途徑A與途徑B的物流比生物技術(shù)的上、中、下游過程：上游加工最重要的是提供和制備高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和足夠數(shù)量的生物催化劑下游加工從反應(yīng)液中提取目的產(chǎn)物加工精制成合格產(chǎn)品中游加工生物反應(yīng)器為中心生物化學(xué)工程包括中下游兩部分黑箱模型：1黑箱模型中細(xì)胞生物基質(zhì)以黑箱形式與環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換，因而生物活細(xì)胞內(nèi)上千種生化反應(yīng)被簡化為單一反應(yīng)，即生

6、物基質(zhì)的生長。2進(jìn)出黑箱的物質(zhì)流量用特殊的反應(yīng)速率來表征，即底物攝取速率rs和產(chǎn)物形成速率rp,其定義分別為單位時間單位生物基質(zhì)所生成和消耗的物質(zhì)量。3第三個參數(shù)是黑箱模型中生物基質(zhì)的積累量，用比生長速率m來表示。代謝途徑的組合：是指在遵循各生化反應(yīng)化學(xué)計量規(guī)律的前體下，尋找從初始化合物到目的化合物各種可能存在的生物合成途徑。細(xì)胞代謝流分析的基本理論：在測定胞外物質(zhì)變化的基礎(chǔ)上，通過細(xì)胞內(nèi)各種生化反應(yīng)的化學(xué)計量可以計算出胞內(nèi)各物質(zhì)的流量分配，相比之下，胞外流量是通過對細(xì)胞底物攝取率及產(chǎn)物分泌率的測定而獲得的。代謝流分析的最終任務(wù)是繪制完整的代謝過程流量圖，該圖包括由各相關(guān)反應(yīng)組成的完整代謝途徑

7、以及各代謝物在穩(wěn)定態(tài)時的流量精細(xì)分布。確定細(xì)胞內(nèi)代謝途徑中的剛性節(jié)點(diǎn)：剛性節(jié)點(diǎn)的分支流量不會發(fā)生較大的改變，而柔性節(jié)點(diǎn)分支流量會隨著環(huán)境或細(xì)胞性狀的改變進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)。細(xì)胞代謝流的測定：直接法測定法、同位素標(biāo)記測定法根據(jù)底物在代謝反應(yīng)中對通用性酶和特異性酶的使用要求，可將細(xì)胞內(nèi)所有的生物分子分成兩大類：（1）一級基因產(chǎn)物，如tRNA、rRNA、多糖、酯類、蛋白質(zhì)和核酸等，其生物合成和分解只需要有限的幾種通用性的酶及蛋白因子，包括RNA聚合酶、RNA剪切酶、DNA聚合酶、糖苷酶、脂酶、氨?；?tRNA合成酶、肽基轉(zhuǎn)移酶、核酸酶等；（2）二級基因產(chǎn)物，如氨基酸、維生素、抗生素、核苷酸等小分子化合物，

8、它們的生物全合成和降解少則涉及幾個基因多則需要幾十個基因所編碼的酶系，而且這些酶大都具有使用的特異性。代謝流及其控制機(jī)制的三大基本步驟：建立一種能盡可能多的觀察代謝網(wǎng)絡(luò)并測定其流量的方法在代謝網(wǎng)絡(luò)中施加一個已知的擾動，以確定在系統(tǒng)松散之后達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)時的代謝流。要系統(tǒng)分析代謝流擾動的結(jié)果。代謝工程基本過程：靶點(diǎn)設(shè)計：根據(jù)代謝流分布和控制的分析結(jié)果確定代謝設(shè)計的合理靶點(diǎn)，通常包括擬修飾基因的靶點(diǎn)、擬導(dǎo)入途徑的靶點(diǎn)或者擬阻斷途徑的靶點(diǎn)等?；虿僮鳎夯蛑亟M是途徑工程重要的特征操作技術(shù)效果分析代謝工程的基本原理：涉及細(xì)胞物質(zhì)代謝規(guī)律及途徑組合的生物化學(xué)原理涉及細(xì)胞代謝流及其控制分析的化學(xué)計量學(xué)、分子

9、反應(yīng)動力學(xué)、熱力學(xué)和控制學(xué)原理，這是代謝途徑修飾的理論依據(jù)；涉及途徑代謝流推動力的酶學(xué)原理，包括酶反應(yīng)動力學(xué)、變構(gòu)抑制效應(yīng)、修飾激活效應(yīng)等涉及基因操作與控制的分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)原理，它們闡明了基因表達(dá)的基本規(guī)律，同時也提供了基因操作的一整套相關(guān)技術(shù)；涉及細(xì)胞生理狀態(tài)平衡的細(xì)胞生理學(xué)原理，它為細(xì)胞代謝機(jī)能提供一個全景式的描述，因此是一個代謝速率和生理狀態(tài)表征研究的理想平臺；涉及發(fā)酵或細(xì)胞培養(yǎng)的工藝和工程控制的生化工程和化學(xué)工程原理涉及生物信息收集、分析與應(yīng)用的基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)原理代謝工程的研究技術(shù)：檢測技術(shù)分析技術(shù)操作技術(shù)增加目標(biāo)產(chǎn)物的積累的五個方面：增加代謝途徑中限速步驟酶編碼基因的拷

10、貝數(shù)強(qiáng)化以啟動子為主的關(guān)鍵基因的表達(dá)系統(tǒng)提高目標(biāo)途徑激活因子的合成速率滅活目標(biāo)途徑抑制因子的編碼基因阻斷與目標(biāo)途徑相競爭的代謝途徑代謝組學(xué)代謝組學(xué)是研究生物體系（細(xì)胞，組織或生物體）受外部刺激所產(chǎn)生的所有代謝產(chǎn)物的變化，可以認(rèn)為代謝組學(xué)是基因組學(xué)和蛋白組學(xué)的延伸ranscriptomi匚q組是指一種微生物嚴(yán)盤因租摩=k,.genomicsoroteomics因組研究戒象研究方法植物線粒體DNA代謝產(chǎn)物則以元素組感、原i菌和和病毒）或其它生物體細(xì)胞中的總款或RNa瀟逆轉(zhuǎn)錄病毒），差異顯示、減法雜交,DNAK片技術(shù)等同位素親和標(biāo)簽、2D-MS技術(shù)由2LT氨基酸構(gòu)成：梳酸（A.T/U.C.0以測序?yàn)?/p>

11、主核DNA,細(xì)胞器DNA（動轉(zhuǎn)錄組轉(zhuǎn)錄組即一個活細(xì)胞所能轉(zhuǎn)錄出來的所有mRNA蛋白質(zhì)組蛋白質(zhì)組是某種生物所能表達(dá)的所有蛋白質(zhì)，即包括一種細(xì)胞乃至一種生物所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)，它們都是由RNA從基因那里轉(zhuǎn)錄、剪輯信息后選擇性拼接和修飾產(chǎn)生。代謝組（metabolome）代謝組應(yīng)該是指某一生物或細(xì)胞所有的代謝產(chǎn)物。生物過程（reactome）Reactome是一個人為規(guī)定的人類核心生物途徑和反應(yīng)的數(shù)據(jù)庫Reactome數(shù)據(jù)庫的基本單元是一個生物反應(yīng)代謝產(chǎn)物的分析層次OliverFiehn將對生物體系的代謝產(chǎn)物分析分為4個層次代謝物靶標(biāo)分析(Metabolitetargetanalysis)：某個或某幾個特定組分的分析；代謝輪廓分析(Metabolicprofiling)：少數(shù)預(yù)設(shè)的一些代謝產(chǎn)物的定量分析，如某一類結(jié)構(gòu)、性質(zhì)相關(guān)的化合物或某一代謝途徑的所有中間產(chǎn)物或多條代謝途徑的標(biāo)志性組分；代謝組學(xué)(Metabolomics)：限定條件下的特定生物樣品中所有代謝組分的定性和定量；代謝物指紋分析(Metabolicfingerprinting)：不分離鑒定具體單一組分，而是對樣品進(jìn)行快速分