代谢控制发酵——第一章绪论.pptVIP

代谢控制发酵 课程基本情况： 1、学时 2、课程安排 3、成绩考核 课程内容： 课程要求： 1、课程内容学习： ⑴掌握有关菌体代谢调节的基本理论； ⑵掌握常用的代谢控制发酵育种方法（代谢控制发酵的基本技术）； ⑶理解并运用代谢控制发酵的基本思路（结合常见发酵产品代谢控制发酵的实例）。 2、考勤与作业： 第一章 绪 论 教学内容： 相关概念 历史、趋势、制约因素 代谢工程的具体思路 一、基本概念 代谢控制发酵 ㈠代谢： 1、代谢是活细胞中所有化学变化的总称。 2、代谢（新陈代谢）包括： 合成代谢（同化作用）大分子→小分子 耗能 分解代谢（异化作用）小分子→大分子 产能 3、代谢特点： ⑴反应条件温和，酶催化 ⑵反应具有顺序性 ⑶具有灵敏的自动调节机制（细胞内，外界环境） ㈡发酵： 1、发酵概念 生物化学角度，指缺氧条件下不完全氧化 应用微生物工业上，将所有通过微生物的培养，使某种特定代谢产物大量积累的过程称为发酵。 2、发酵的历史沿革（发酵工程的发展简史） 1. 天然发酵阶段 (酿造工业) 2. 纯培养：人为控制微生物发酵过程（第一个转折点） 3. 通气搅拌技术：第二个转折点 4. 代谢控制发酵技术：第三个转折点 5. 开拓发酵原料时期：非碳水化合物，第四个转折点 6. 现代生物技术时期：定向育种，利用基因工程菌进行发酵 第五个转折点 ㈢代谢控制发酵 代谢控制发酵是利用遗传学的方法或其他生物化学的方法，人为地在脱氧核糖核酸（DNA）的分子水平上，改变和控制微生物的代谢，使有用目的产物大量生成、积累的发酵。 发酵生成的目的产物都是微生物中间代谢产物或终产物的积累，对微生物正常代谢抑制的结果。 代谢控制发酵的关键取决于微生物代谢控制机制是否能够被解除，能否打破微生物正常的代谢调节，人为地控制微生物的代谢。 二、代谢控制发酵的发展历史 发展历史： 氨基酸发酵→核酸类物质→发酵抗生素发酵 发酵发展趋势： 1、由野生型菌株发酵向高度人为控制的发酵转移 2、由依赖于微生物分解代谢的发酵向依赖于生物合成代谢的发酵，即向代谢产物大量积累的发酵转移 3、育种方面，将微生物遗传学的理论与育种实践密切结合，定向育种 三、代谢控制发酵出现与发展的影响因素 1、生物化学的发展：代谢图、代谢途径、调节机制、酶别构动力学 微生物遗传学的发展：操纵子 2、分子生物学和分子遗传学的发展：DNA分子水平上，诱变突变株、基因重组重组子、基因工程菌等 3、合理控制环境条件，采用过程控制方法，最优化控制 四、代谢工程的具体思路 （一）代谢工程（20世纪90年代）的定义： 代谢工程又称途径工程。一般定义为：通过某些特定生化反应的修饰来定向改善细胞的特性或运用DNA重组技术来创造新的化合物。 可以看出，代谢工程就是应用重组DNA技术和应用分析生物学相关的遗传学手段进行有精确目标的基因操作，以改变微生物原有的调节系统（酶的功能和输送体系的功能，甚至产能系统的功能），通过有目的地对细胞代谢进行修饰（功利性修饰）以改变细胞某些方面的代谢活性的整套工作（包括代谢分析、代谢设计、遗传操作、目的代谢活性的实现），从而达到实现目的代谢活性的提高这一预期目标的一个崭新科学领域。 代谢工程注重以酶学、化学计量学、分子反应动力学以及现代数学的理论及技术为研究手段，在细胞水平上阐明代谢途径与代谢网络之间局部与整体的关系、胞内代谢过程与胞外物质运输之间的偶联以及代谢流流向与控制的机制，并在此基础上通过工程和工艺操作达到优化细胞性能的目的。它综合了基因工程、生物化学、生工程等领域的必威体育精装版成果，是目前国内外研究的热点。代谢工程中的遗传手段可以采用基因工程技术，也可以采用常规诱变育种技术，但前者有机会引进外源基因和外源调节因子，这同传统的改良菌种的遗传方法不同。 理解代谢和信息流并对它们进行控制是代谢工程领域的一个完整的组成部分，而对代谢流量及其控制进行定量分析的方法与用来实现预期的遗传修饰的分子生物学技术的结合，是代谢工程的实质。 代谢工程是把量化代谢流及其控制的工程分析方法与根据分析结果制定的遗传修饰方案付之实施的分子生物学技术结合起来，以反复分析、校验和修正的方式进行实际操作，改善微生物的产物形成的能力和微生物的细胞性能，从而满足人类对生物的特定需求的生物工程的分支。 （二）代谢工程的具体思路： 1、改变代谢流（利用现有存在的代谢途径） 改变分支代谢途径的流向，阻断有害产物，其困难在于代谢网络的刚性及细胞应答的反应等。