代谢工程PDF电子书下载

1 绪论 2

1.1 代谢工程学科的建立 2

1.1.1 背景 2

1.1.2 代谢工程学科的建立 3

1.1.3 代谢工程的定义 4

1.1.4 代谢工程的理论框架 4

1.2 代谢工程发展的标志 4

1.2.1 代谢工程学术会议 4

1.2.2 代谢工程教科书及学术专著 5

1.2.3 国际代谢工程学会 5

1.2.4 代谢工程学术刊物 5

1.2.5 代谢工程学术论文 5

1.2.6 代谢工程研究方法的进化 6

1.3 代谢工程研究进展 8

2 细胞代谢反应和调节方式 11

2.1 细胞生长 11

2.2 细胞代谢反应的基本类型和功能 12

2.2.1 运输反应 12

2.2.2 供能反应与分解代谢 17

2.2.3 生物合成反应与聚合反应 26

2.3 酶活性的主要调节方式及酶动力学 27

2.3.1 酶活性的主要调节方式 27

2.3.2 酶动力学 29

2.4 酶表达水平的调节 36

2.4.1 底物诱导 36

2.4.2 终产物阻遏 38

2.4.3 基因表达的弱化机制 38

2.4.4 核糖核酸开关对基因表达的调控 40

2.4.5 翻译的控制 44

2.4.6 酶分子降解的调节 45

2.5 流通代谢物及全局调控 46

2.5.1 流通代谢物 46

2.5.2 全局调控 47

3 生化反应质量平衡与模型 51

3.1 生物量化学式 51

3.2 生物反应的质量平衡方程 53

3.2.1 间歇培养 54

3.2.2 连续培养 55

3.3 比反应速率与得率系数 56

3.4 生物反应的黑箱模型 57

3.4.1 黑箱模型的元素平衡和还原度平衡 59

3.4.2 黑箱模型测量数据一致性的检验 61

3.4.3 黑箱化学计量模型的系统分析 63

3.4.4 测量数据的最优估计和h检验 65

4 代谢通量分析 72

4.1 代谢通量分析的原理 72

4.1.1 无细胞生长时的代谢通量分析 73

4.1.2 有细胞生长时的代谢通量分析 75

4.2 基于测量数据的代谢通量分析 77

4.2.1 正定系统 77

4.2.2 超定系统 80

4.3 基于线性规划的通量平衡分析 84

4.4 同位素标记法测定代谢通量简介 88

4.5 基元模式分析 89

4.5.1 基元模式分析与极端途径分析 89

4.5.2 基元模式分析的应用实例 91

5 代谢控制分析 97

5.1 代谢控制分析的基础 97

5.1.1 通量控制系数及其加和定理 100

5.1.2 浓度控制系数及其加和定理 102

5.1.3 弹性系数和连接定理 102

5.1.4 参数弹性系数及MCA理论的通用表达式 104

5.2 通量控制系数的确定方法 105

5.2.1 直接法 105

5.2.2 间接法 108

5.2.3 Lin-log动力学法 113

5.2.4 瞬态代谢物浓度法 118

5.2.5 大扰动法 120

5.3 部分守恒循环途径通量控制系数的确定 125

6 基于13C同位素标记信息的代谢通量分析 125

6.1 13C代谢通量分析的发展 129

6.2 13C标记实验和测量 130

6.2.1 标记实验 130

6.2.2 质谱检测 131

6.2.3 核磁共振波谱检测 135

6.3 代谢通量比率分析 137

6.3.1 同位素标记异构体中天然同位素丰度的矫正 137

6.3.2 基于质谱数据的代谢通量比率的推导 139

6.3.3 基于NMR数据的代谢通量比率的推导 142

6.4 基于同位素标记异构体分布模型的代谢网络通量分析 144

6.4.1 原子映射矩阵和同位素标记异构体映射矩阵 144

6.4.2 同位素标记异构体平衡方程 145

6.4.3 代谢通量计算 146

6.5 基于13C同位素标记信息代谢通量分析的应用 148

6.5.1 辨别代谢途径及细胞功能 149

6.5.2 阐明代谢网络结构及调控特性 151

6.6 大肠杆菌代谢通量的计算举例 154

6.6.1 大肠杆菌生长期相关生理学参数的测定及计算 154

6.6.2 大肠杆菌代谢模型的建立 155

6.6.3 代谢通量比率的计算 156

6.6.4 大肠杆菌净通量的计算 158

7 基因组学与基因组尺度代谢网络模型 158

7.1 基因组学 161

7.1.1 基因、基因组与基因组学 161

7.1.2 基因组学研究内容 161

7.2 基因组尺度代谢网络模型 163

7.3 基因组尺度代谢网络模型的重构过程 165

7.3.1 基因组尺度代谢网络数据库的建立 165

7.3.2 数学模型的建立 170

7.3.3 模拟运算 173

7.4 基因组尺度代谢网络模型的应用 184

7.4.1 基因敲除研究 184

7.4.2 发现药物靶点 186

7.4.3 指导菌体改进和代谢工程 186

8 转录物组学技术与代谢工程 186

8.1 转录物组与转录物组学 191

8.1.1 转录、转录物组与转录物组学 191

8.1.2 转录组学平台技术 192

8.2 基于基因芯片技术的转录物组分析 192

8.2.1 cDNA基因芯片技术 193

8.2.2 寡核苷酸基因芯片技术 195

8.2.3 芯片数据分析 197

8.3 基于RNA-Seq技术的转录物组分析 206

8.3.1 RNA-Seq的原理及实验步骤 206

8.3.2 RNA-Seq的技术优势 208

8.4 两种转录物组分析平台技术的比较 208

8.5 转录物组数据的存储及交流 209

8.6 转录物组学技术在微生物代谢工程中的应用 211

8.6.1 减少副产物及提高产物耐受性 211

8.6.2 提高蛋白质的产量 211

8.6.3 扩大底物利用范围 212

8.6.4 提高氨基酸的产量 212

8.6.5 提高抗生素的产量 213

8.6.6 提高大宗化学品的生产能力 214

9 蛋白质组学技术与代谢工程 214

9.1 蛋白质组与蛋白质组学 217

9.1.1 蛋白质组 217

9.1.2 蛋白质组学 217

9.1.3 蛋白质组学研究平台技术分类 218

9.2 蛋白质组学研究步骤 220

9.3 蛋白质组学研究核心技术 221

9.3.1 大规模蛋白质分离 221

9.3.2 蛋白质组学研究中的质谱分析技术 222

9.3.3 基于质谱的定量蛋白质组学技术 224

9.3.4 基于选择反应检测的靶向蛋白质组学技术 229

9.4 海量蛋白质数据分析处理技术 231

9.5 蛋白质组学在微生物学研究中的应用 232

9.5.1 蛋白质组学研究工业酵母对胁迫环境的响应 232

9.5.2 蛋白质组学研究细菌膜蛋白与多重抗性 233

9.5.3 蛋白质组学研究拜耳接合酵母耐酸性机制 233

9.6 蛋白质组学在菌种构建中的应用 234

9.6.1 提高次级代谢产物的基本策略 234

9.6.2 蛋白质组学技术改进青霉素生产菌的应用举例 235

9.6.3 靶向蛋白质组学在萜类代谢工程菌种改进中的应用举例 237

10 代谢物组学技术与代谢工程 237

10.1 代谢物组与代谢物组学 242

10.2 微生物代谢物组学的研究方法 243

10.2.1 菌株培养 243

10.2.2 样品处理 244

10.2.3 代谢物组数据的采集 247

10.2.4 数据挖掘 253

10.3 代谢物组学在代谢工程菌种改进中的应用 260

11 进化工程技术与代谢工程 267

11.1 进化工程的定义 267

11.2 进化工程的原理与方法 268

11.2.1 进化工程的原理与过程 268

11.2.2 进化过程中的基因型变异 269

11.3 进化工程的步骤与方法 270

11.3.1 变异 270

11.3.2 选择 271

11.3.3 筛选 273

11.4 进化工程与代谢工程 273

11.5 进化工程的应用 275

11.5.1 激活细胞潜在代谢途径，提高底物利用效率 275

11.5.2 提高微生物的环境耐受性 276

11.5.3 改进细胞的生物基产品合成能力 277

11.5.4 创造新型催化活性蛋白酶 280

11.6 基于高通量测序技术的进化工程研究和逆向代谢工程 281

11.6.1 基因组尺度的进化工程菌株突变规律分析 281

11.6.2 基于比较基因组学的逆向代谢工程 282

12 合成生物学工具与代谢工程 282

12.1 合成生物学的研究背景 291

12.2 合成生物学的定义 292

12.3 合成生物学的研究策略 293

12.3.1 生物系统的层次结构 293

12.3.2 合成生物学的研究策略 294

12.4 DNA合成与组装 294

12.5 基本的生物零件与基因线路 295

12.6 基因组工程 297

12.6.1 多元自动化基因组工程技术 297

12.6.2 基因组编辑技术 299

12.6.3 生物底盘 300

12.6.4 基因组简化 300

12.7 合成基因组（合成细胞） 301

12.8 酵母人工基因组的合成 303

12.8.1 SynⅢ的设计 304

12.8.2 SynⅢ的构建 304

12.8.3 含SynⅢ酵母菌株的表征与检验 304

12.9 合成生物学与代谢工程 305

12.10 合成生物学与代谢工程应用举例 308

12.10.1 生物能源 308

12.10.2 生物医药 308

12.10.3 化学品 311

12.10.4 合成生物学产业发展 312