微生物代謝工程答案

1、1.微生物代謝工程定義、研究內容和研究手段。微生物代謝工程定義、研究內容和研究手段。定義：定義：通過某些特定生化反應的修飾來定向改善細胞的特性功能，運用重組DNA技術來創(chuàng)造新的化合物。研究內容：研究內容：生物合成相關代謝調控和代謝網絡理論；代謝流的定量分析；代謝網絡的重新設計；中心代謝作用機理及相關代謝分析；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、生化工程等領域的最新成果。因此，在研究方法和技術方面主要有下列三大

2、常用手段：(1)檢測技術：常規(guī)的化學和生物化學檢測手段都可用于代謝工程的研究，如物料平衡、同位素標記示蹤法、酶促反應動力學分析法、光譜學法、生物傳感器技術。(2)分析技術：采用化學計量學、分子反應動力學和化學工程學的研究方法并結計算機技術，闡明細胞代謝網絡的動態(tài)特征與控制機理，如穩(wěn)態(tài)法、擾動法、組合法和代謝網絡優(yōu)化等。(3)基因操作技術：在代謝工程中，代謝網絡的操作實質上可以歸結為基因水平上的操作：涉及幾乎所有的分子生物學和分子遺傳學實

3、驗技術，如基因和基因簇的克隆、表達、調控，DNA的雜交檢測與序列分析，外源DNA的轉化，基因的體內同源重組與敲除，整合型重組DNA在細胞內的穩(wěn)定維持等。2.代謝改造思路和代謝設計原理。代謝改造思路和代謝設計原理。代謝改造思路：代謝改造思路：根據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，增加限速酶的表達量，來提高產物產率。改變分支代謝途徑流向，提高代謝分支點某一

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爭中占據優(yōu)勢，從而提高目的代謝產物的產量。(2)擴展代謝途徑的方法：在宿主菌中克隆和表達特定外源基因，從而延伸代謝途徑，以生產新的代謝產物和提高產率。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)轉移或構建新的代謝途徑：通過轉移代謝途徑、構建新的代謝途徑等方法來實現。代謝設計原理：代謝設計原理：現存代謝途徑中改變增加目的產物代謝流：增加限速酶編碼基因的拷貝數；

5、強化關鍵基因的表達系統(tǒng)；提高目標途徑激活因子的合成速率；滅活目標途徑抑制因子的編碼基因；阻將2酮異戊酸轉化為L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象是其合成途徑上的第一個關鍵酶乙酰羥酸合酶（AHAS），同時纈氨酸和異亮氨酸的合成酶系受三個末端產物纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸的多價阻遏。

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構類似物抗性突變株來解除纈氨酸的反饋調節(jié)。如抗纈氨酸突變株的獲得，或者利用分子手段對關鍵酶基因進行定點突變。5.微生物酶的自動調節(jié)方式（舉兩例說明）微生物酶的自動調節(jié)方式（舉兩例說明）。微生物并不是在所有空間、時間內合成它所能合成的全部酶，在一定生理條件下只合成它當時所需要的酶，且酶的活力受到控制。微生物主要在轉錄水平、

7、翻譯水平、蛋白質水平、不同空間分布和細胞水平上進行酶的調節(jié)，此外對信號傳導的響應也起到調節(jié)作用。（1）以轉錄水平上營養(yǎng)阻遏機制為例來說明酶的調節(jié)：）以轉錄水平上營養(yǎng)阻遏機制為例來說明酶的調節(jié)：轉錄水平上的調節(jié)是通過調節(jié)酶量進行的。在細胞培養(yǎng)過程中，當培養(yǎng)基中含有能被細胞迅速利用的碳源（如葡萄糖）時，其在降解過程中的某代謝產物阻遏了其余降解酶系的合成，這種現象被稱為“降解物阻遏”。環(huán)腺苷酸受體蛋白（CRP）能與環(huán)腺苷酸（cAMP）結合形成

8、cAMPCRP復合物。當cAMPCRP結合于DNA時，能促進RNA聚合酶與啟動子結合，從而促進轉錄。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復合物，降低了各種酶蛋白基因的轉錄，起到調節(jié)相關代謝酶的作用。（2）以蛋白質水平上酶的共價修飾為例來說明酶的調節(jié)：）以蛋白質水平上酶的共價修飾為例來說明酶的調節(jié)：酶的共價修飾時調節(jié)酶活性的重要方式，通過其他酶對多肽鏈上某些基團進行可逆的共價

9、修飾，使處于活性與非活性的互變狀態(tài)，從而調節(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既可以是通過磷酸化作用使無活性的磷酸化酶b轉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脫去磷酸而轉化為無活性的磷酸化酶b。6.微生物基因水平的調控策略，請舉例說明微生物基因水平的調控策略，請舉例說明基因調控是生物體內控制基因表達的機制?；虮磉_的主要過程是基因的轉錄和信使核糖核酸(mRNA)的翻譯?；?/p>