第二章 代谢工程试题答案.pdf

1. 微生物代谢工程定义、研究内容和研究手段。 （1）定义： 代谢工程是利用重组 DNA 技术或其他技术,有目的地改变生物中已有的代谢网络和表 达调控网络, 以更好地理解细胞的代谢途径,并用于化学转化、能量转移及大分子装配过 程。 （2 ）研究内容： 生物合成相关代谢调控和代谢网络理论；代谢流的定量分析；代谢网络的重新设 计；中心代谢作用机理及相关代谢分析； （3 ）研究手段: 代谢工程综合了基因工程、微生物学、生化工程等领域的必威体育精装版成果。 ① 基因操作技术：在代谢工程中，代谢网络的操作实质上可以归结为基因水平上的操作： 涉及几乎所有的分子生物学和分子遗传学实验技术，如基因和基因簇的克隆、表达、 调控，DNA 的杂交检测与序列分析，外源 DNA 的转化，基因的体内同源重组与敲 除，整合型重组 DNA 在细胞内的稳定维持等。 ② 分析手段：组学技术(X-omics) ：工业微生物基因组测序与功能基因组分析；基于基 因芯片的转录组学分析；蛋白质组学技术；基于同位素技术的代谢通量组学。 ③ 检测技术：常规的化学和生物化学检测手段都可用于代谢工程的研究，如物料平衡、 同位素标记示踪法、酶促反应动力学分析法、光谱学法、生物传感器技术。 2. 代谢改造思路和代谢设计原理。 （1）代谢改造思路： 代谢工程研究的重点在于改造代谢网络，以便生产特定目的代谢产物或具有过量生产能力 的工程菌应用于工业生产。根据微生物的不同代谢特性，常采用改变代谢流、扩展代谢途径 构建新的代谢途径三种方法。 a 改变代谢途径的方法：加速限速反应，增加限速酶的表达量，来提高产物产率。改变分支 代谢途径流向，提高代谢分支点某一分支代谢途径酶活力，使其在与其它的分支代谢途径 的竞争中占据优势，从而提高目的代谢产物的产量。 b 扩展代谢途径的方法：在宿主菌中克隆和表达特定外源基因，从而延伸代谢途径，以生产 新的代谢产物和提高产率。扩展代谢途径还可使宿主菌能够利用自身的酶或酶系消耗原来 不消耗的底物。 c 转移或构建新的代谢途径：通过转移代谢途径、构建新的代谢途径等方法来实现。 (2) 代谢设计原理 a.现存代谢途径中改变增加目的产物代谢流 增加限速酶编码基因的拷贝数；强化以启动子为主的关键基因的表达系统可以提高产物的 转化率；提高目标途径激活因子的合成速率 ；灭活目标途径抑制因子的编码基因 ；(5)阻断与 目标途径相竟争的代谢途径；改变分支代谢途径流向；构建代谢旁路； 改变能量代谢途径。 b.在现存途径中改变物流的性质： 利用酶对前体库分子结构的宽容性；通过修饰酶分子以拓展底物识别范围 c.在现存途径基础了扩展代谢途径： 在宿主菌中克隆、表达特定外源基因可以延伸代谢途径，从而生产新的代谢产物、提高产 率。 3. 微生物的基因操作技术有哪些？（举两例说明） PCR 技术，核酸的凝胶电泳，核酸的分子杂交技术，细菌的转化，DNA 序列分析，基因 的定点诱变，蛋白质及 RNA 相互作用技术，酶切及基因敲除技术等。大引物诱变法 （1）基因的定点诱变：目前，主要采用两种PCR 方法，即重叠延伸技术与大引物诱变法 1 在基因序列中进行定点突变。 （2 ）核酸的分子杂交技术：具有一定同源性的原条核酸单链在一定的条件下（适宜的温 室度及离子强度等）可按碱基互补原成双链。杂交的双方是待测核酸序列及探针（probe ）。 Southern 杂交，Northern 杂交，原位杂交（ISH ），荧光原位杂交（FISH ）。 （3 ）基因敲除：同源重组，cre/lox, FLP/FRT 4. 什么是酶的反馈抑制，以缬氨酸代谢途径来举例说明。（见第7 题, 1- （2 ）） 酶的反馈抑制是指最终产物抑制作用，即在合成过程中有生物合成途径的终点产物对该途 径的酶的活性调节，所引起的抑制作用，包括顺序反馈