微生物代謝調(diào)節(jié)ppt課件-資料下載頁
2025-05-12 02:26本頁面
【正文】 段引入外源基因 (簇 )等，使原有代謝途徑進(jìn)一步向前或向后延伸，從而可利用新的原料用于合成目標(biāo)產(chǎn)物或產(chǎn)生新的末端代謝產(chǎn)物。 3) 構(gòu)建新的代謝途徑 引入外源基因 (簇 )來改造和修飾代謝網(wǎng)絡(luò)，使細(xì)胞從不能合成某種代謝產(chǎn)物轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蚝铣纱舜x產(chǎn)物。常用的手段有： a、轉(zhuǎn)移代謝途徑，即將多個(gè)特定代謝途徑中的相關(guān)基因 (簇 )轉(zhuǎn)移到無這些基因的菌株 (或植物細(xì)胞等 )中，從而達(dá)到使其能合成新的目標(biāo)產(chǎn)物的目的； b、將無關(guān)的代謝途徑相連，形成新的代謝途徑，從而合成新的目標(biāo)產(chǎn)物。 代謝工程和有機(jī)合成的循環(huán)示意圖 (A)活性分子的分離篩選和結(jié)構(gòu)解析 (B)產(chǎn)生菌的分離與培養(yǎng) (C)生物合成途徑的基因序列分析 (D)合成酶活性的確定 (E)將合成途徑導(dǎo)入另一微生物 (F)優(yōu)化發(fā)酵方法產(chǎn)生活性分子(G) 組合生物合成 (H)逆合成分析 (I)全合成(J)工藝過程開發(fā)和大規(guī)模合成 (K)目標(biāo)分子的藥物生產(chǎn)或高通量合成修飾 . 代謝工程的應(yīng)用 ① 改進(jìn)由微生物合成的產(chǎn)物的得率和產(chǎn)率；②擴(kuò)大可利用基質(zhì)的范圍；③合成對細(xì)胞而言是新的產(chǎn)物或全新產(chǎn)物；④改進(jìn)細(xì)胞的普通性能，如耐受缺氧或抑制性物質(zhì)的能力；⑤減少抑制性副產(chǎn)物的形成；⑥環(huán)境工程方面；⑦藥物合成方面，作為中間體的手性化合物的制備；⑧醫(yī)療方面用于整體器官和組織的代謝分析，用于鑒別藉基因治療或營養(yǎng)控制疾病的目標(biāo)；⑨信息傳導(dǎo)途徑方面，即信息流的分析，為了治療疾病而進(jìn)行基因表達(dá)的分析和調(diào)節(jié)，需了解信息流的相互作用和控制。 代謝工程在微生物領(lǐng)域中的應(yīng)用： 苯丙氨酸 (Phe)在食品和醫(yī)藥領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用，其主要是通過發(fā)酵生產(chǎn)。 Phe合成途徑有多個(gè)調(diào)控位點(diǎn)，將 Phe生產(chǎn)菌種的編碼 DAHP(脫氧 D阿拉伯庚酮糖酸 7磷酸 )合成酶、分枝酸變位酶和預(yù)苯酸脫水酶的 3個(gè)基因克隆并連接在一起，然后轉(zhuǎn)移到色氨酸 (Trp)生產(chǎn)菌株中，使代謝流方向從終產(chǎn)物為 Trp轉(zhuǎn)向了 Phe， Phe產(chǎn)量達(dá)到 28 g/L。采用基因工程手段也成功地使丙酮酸激酶基因失活，降低了磷酸烯醇式丙酮酸 (PEP)向丙酮酸的轉(zhuǎn)變，為 DAHP的合成提供了更多的原料。 ? 乙酸是 E. coli 糖代謝的一個(gè)主要副產(chǎn)物，在細(xì)胞內(nèi)達(dá)到一定濃度時(shí)，將抑制細(xì)菌的生長并對目標(biāo)產(chǎn)物的表達(dá)產(chǎn)生抑制作用。采用基因工程方法已成功地將枯草桿菌乙酰乳酸合成酶基因轉(zhuǎn)移到 E. coli 中，從而改變了糖代謝流方向，使乙酸濃度降低到了對細(xì)胞產(chǎn)生毒害的臨界水平之下。 ? 在植物上已有很多成功的代謝工程應(yīng)用研究例子：如已獲得了只合成直鏈淀粉或只合成支鏈淀粉的轉(zhuǎn)基因馬鈴薯，成熟可受控制的轉(zhuǎn)基因番茄和其他一些轉(zhuǎn)基因水果，只合成飽和脂肪酸的轉(zhuǎn)基因油料作物，產(chǎn)生新花色的轉(zhuǎn)基因花卉，富含人體必需氨基酸 Lys 和 Met的轉(zhuǎn)基因玉米，含有抗害蟲的細(xì)菌毒素蛋白和 (或 )蛋白酶抑制劑基因的轉(zhuǎn)基因植株，抗病毒感染的轉(zhuǎn)基因植株，能抗逆境的轉(zhuǎn)基因植株等。 . 逆代謝工程 ? 傳統(tǒng)的代謝工程以代謝網(wǎng)絡(luò)理論為基礎(chǔ)，代謝分析和代謝改造為主要手段。代謝途徑的復(fù)雜性給檢測分析帶來不少麻煩，在某種程度上阻礙了它的應(yīng)用。 ? 20世紀(jì) 80年代末興起的逆代謝工程另辟溪徑，從研究限制生物活性的主要因素入手，鑒別所希望得到的表型，并確定該表型的決定基因，然后利用基因重組技術(shù)將該基因克隆到宿主菌中，使宿主菌得到所希望的表型。這就避免了在必須對復(fù)雜代謝網(wǎng)絡(luò)的充分認(rèn)識基礎(chǔ)上的基因改造。 逆代謝工程應(yīng)用例子： ? 研究發(fā)現(xiàn)，專性需氧菌透明顫菌在限氧條件下合成大量血紅素輔因子，此表型性質(zhì)表明，合成血紅蛋白可能是透明顫菌在限氧條件下提高代謝和生長的一種 “ 基因策略 ” ，該血紅蛋白的基因是此表型的決定基因。將該決定基因克隆到需氧工業(yè)微生物中，其在限氧條件下合成的血紅蛋白降低了限氧的影響，可以大大改善生長限制。 微生物代謝的人工控制 ? 目的 ?最大限度積累對人類有用的代謝產(chǎn)物 ? 措施 ?改變微生物遺傳特性 ?控制生產(chǎn)過程種各種條件 ? 實(shí)例 ?人工控制黃色短桿菌的代謝過程生產(chǎn)賴氨酸； ?人工控制谷氨酸棒狀桿菌生產(chǎn)谷氨酸。 天冬氨酸 人工控制黃色短桿菌的代謝過程生產(chǎn)賴氨酸 中間產(chǎn)物 Ⅰ 天冬氨酸激酶 中間產(chǎn)物 Ⅱ 甲硫氨酸 蘇氨酸 高絲氨酸 高絲氨酸 脫氫酶 不能合成 可以大量積累 賴 氨 酸 人工誘變的 菌種不能產(chǎn)生 本章習(xí)題 ? 什么是初級代謝？什么是次級代謝？ ? 簡述酶活性調(diào)節(jié)中的代謝調(diào)節(jié)部位。 ? 酶活性調(diào)節(jié)的機(jī)制有哪些？ ? 簡述酶活性調(diào)節(jié)的變構(gòu)控制機(jī)制。 ? 微生物次級代謝的特征如何？ ? 什么是前體、中間體？它們的關(guān)系如何？前體物質(zhì)的作用怎樣？可作為前體的有哪些物質(zhì)？ ? 次級代謝生物合成的主要調(diào)控機(jī)制有哪些？ ? 什么是代謝工程？
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