微生物代謝工程答案

1、1.微生物代謝工程定義、研究?jī)?nèi)容和研究手段。微生物代謝工程定義、研究?jī)?nèi)容和研究手段。定義：定義：通過某些特定生化反應(yīng)的修飾來定向改善細(xì)胞的特性功能，運(yùn)用重組DNA技術(shù)來創(chuàng)造新的化合物。研究?jī)?nèi)容：研究?jī)?nèi)容：生物合成相關(guān)代謝調(diào)控和代謝網(wǎng)絡(luò)理論；代謝流的定量分析；代謝網(wǎng)絡(luò)的重新設(shè)計(jì)；中心代謝作用機(jī)理及相關(guān)代謝分析；基因操作。研究手段：研究手段：代謝工程綜合了基因工程、微生物學(xué)、生化工程等領(lǐng)域的最新成果。因此，在研究方法和技術(shù)方面主要有下列三大

2、常用手段：(1)檢測(cè)技術(shù)：常規(guī)的化學(xué)和生物化學(xué)檢測(cè)手段都可用于代謝工程的研究，如物料平衡、同位素標(biāo)記示蹤法、酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析法、光譜學(xué)法、生物傳感器技術(shù)。(2)分析技術(shù)：采用化學(xué)計(jì)量學(xué)、分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和化學(xué)工程學(xué)的研究方法并結(jié)計(jì)算機(jī)技術(shù)，闡明細(xì)胞代謝網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特征與控制機(jī)理，如穩(wěn)態(tài)法、擾動(dòng)法、組合法和代謝網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等。(3)基因操作技術(shù)：在代謝工程中，代謝網(wǎng)絡(luò)的操作實(shí)質(zhì)上可以歸結(jié)為基因水平上的操作：涉及幾乎所有的分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)實(shí)

3、驗(yàn)技術(shù)，如基因和基因簇的克隆、表達(dá)、調(diào)控，DNA的雜交檢測(cè)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(xì)胞內(nèi)的穩(wěn)定維持等。2.代謝改造思路和代謝設(shè)計(jì)原理。代謝改造思路和代謝設(shè)計(jì)原理。代謝改造思路：代謝改造思路：根據(jù)微生物的不同代謝特性，常采用改變代謝流、擴(kuò)展代謝途徑和構(gòu)建新的代謝途徑三種方法。(1)改變代謝途徑的方法：加速限速反應(yīng)，增加限速酶的表達(dá)量，來提高產(chǎn)物產(chǎn)率。改變分支代謝途徑流向，提高代謝分支點(diǎn)某一

4、分支代謝途徑酶活力，使其在與其它的分支代謝途徑的競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，從而提高目的代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量。(2)擴(kuò)展代謝途徑的方法：在宿主菌中克隆和表達(dá)特定外源基因，從而延伸代謝途徑，以生產(chǎn)新的代謝產(chǎn)物和提高產(chǎn)率。擴(kuò)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)建新的代謝途徑：通過轉(zhuǎn)移代謝途徑、構(gòu)建新的代謝途徑等方法來實(shí)現(xiàn)。代謝設(shè)計(jì)原理：代謝設(shè)計(jì)原理：現(xiàn)存代謝途徑中改變?cè)黾幽康漠a(chǎn)物代謝流：增加限速酶編碼基因的拷貝數(shù)；

5、強(qiáng)化關(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；阻將2酮異戊酸轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)纈氨酸。L纈氨酸和L異亮氨酸的合成共享AHAS、AHAIR、DHAD和TA等4種酶。如AHAS以丙酮酸為底物則合成L纈氨酸，而用丙酮酸和2酮丁酸為底物則合成L異亮氨酸。纈氨酸合成反饋抑制的主要對(duì)象是其合成途徑上的第一個(gè)關(guān)鍵酶乙酰羥酸合酶（AHAS），同時(shí)纈氨酸和異亮氨酸的合成酶系受三個(gè)末端產(chǎn)物纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸的多價(jià)阻遏。

6、因此，如果解除AHAS的反饋抑制和纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸生物酶系的阻遏，必將大大提高纈氨酸的積累。為此可選育纈氨酸結(jié)構(gòu)類似物抗性突變株來解除纈氨酸的反饋調(diào)節(jié)。如抗纈氨酸突變株的獲得，或者利用分子手段對(duì)關(guān)鍵酶基因進(jìn)行定點(diǎn)突變。5.微生物酶的自動(dòng)調(diào)節(jié)方式（舉兩例說明）微生物酶的自動(dòng)調(diào)節(jié)方式（舉兩例說明）。微生物并不是在所有空間、時(shí)間內(nèi)合成它所能合成的全部酶，在一定生理?xiàng)l件下只合成它當(dāng)時(shí)所需要的酶，且酶的活力受到控制。微生物主要在轉(zhuǎn)錄水平、

7、翻譯水平、蛋白質(zhì)水平、不同空間分布和細(xì)胞水平上進(jìn)行酶的調(diào)節(jié)，此外對(duì)信號(hào)傳導(dǎo)的響應(yīng)也起到調(diào)節(jié)作用。（1）以轉(zhuǎn)錄水平上營(yíng)養(yǎng)阻遏機(jī)制為例來說明酶的調(diào)節(jié)：）以轉(zhuǎn)錄水平上營(yíng)養(yǎng)阻遏機(jī)制為例來說明酶的調(diào)節(jié)：轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)酶量進(jìn)行的。在細(xì)胞培養(yǎng)過程中，當(dāng)培養(yǎng)基中含有能被細(xì)胞迅速利用的碳源（如葡萄糖）時(shí)，其在降解過程中的某代謝產(chǎn)物阻遏了其余降解酶系的合成，這種現(xiàn)象被稱為“降解物阻遏”。環(huán)腺苷酸受體蛋白（CRP）能與環(huán)腺苷酸（cAMP）結(jié)合形成

8、cAMPCRP復(fù)合物。當(dāng)cAMPCRP結(jié)合于DNA時(shí)，能促進(jìn)RNA聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合，從而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。葡萄糖分解代謝物能抑制腺苷酸環(huán)化酶活性并活化磷酸二酯酶，從而降低cAMP濃度，不能形成cAMPCRP復(fù)合物，降低了各種酶蛋白基因的轉(zhuǎn)錄，起到調(diào)節(jié)相關(guān)代謝酶的作用。（2）以蛋白質(zhì)水平上酶的共價(jià)修飾為例來說明酶的調(diào)節(jié)：）以蛋白質(zhì)水平上酶的共價(jià)修飾為例來說明酶的調(diào)節(jié)：酶的共價(jià)修飾時(shí)調(diào)節(jié)酶活性的重要方式，通過其他酶對(duì)多肽鏈上某些基團(tuán)進(jìn)行可逆的共價(jià)

9、修飾，使處于活性與非活性的互變狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)酶的活性，如磷酸化、腺苷?；?、甲基化等。磷酸化酶激酶催化的反應(yīng)既可以是通過磷酸化作用使無活性的磷酸化酶b轉(zhuǎn)化為有活性的磷酸化酶a，也可以是通過磷酸化酶磷酸酶的水解作用使磷酸化酶a脫去磷酸而轉(zhuǎn)化為無活性的磷酸化酶b。6.微生物基因水平的調(diào)控策略，請(qǐng)舉例說明微生物基因水平的調(diào)控策略，請(qǐng)舉例說明基因調(diào)控是生物體內(nèi)控制基因表達(dá)的機(jī)制。基因表達(dá)的主要過程是基因的轉(zhuǎn)錄和信使核糖核酸(mRNA)的翻譯?；?/p>