用遗传学与生理学相结合的方法 研究氨基酸生产
用遗传学与生理学相结合的方法 研究氨基酸生产
2024/11/1 张星元:发酵原理(讲座) 2 前 言 对微生物的代谢途径及代谢网络进行 有目的的改造从而提高氨基酸的产量仍然 是现代生物工程学的一个主攻目标。为了 攻克这个目标,就有必要对尚待进一步完 善的细胞生理学、生物化学、分子生物学 及生物过程工程等学科的基本状况做一番 描述,主要有如下几个话题:
2024/11/1 张星元:发酵原理(讲座) 2 前 言 对微生物的代谢途径及代谢网络进行 有目的的改造从而提高氨基酸的产量仍然 是现代生物工程学的一个主攻目标。为了 攻克这个目标,就有必要对尚待进一步完 善的细胞生理学、生物化学、分子生物学 及生物过程工程等学科的基本状况做一番 描述,主要有如下几个话题:
2024/11/1 张星元:发酵原理(讲座) 3 ①与生物工程相关的氨基酸产生 菌的相关途径的研究进展情况, 其中必须包括这些途径的代谢调 节以及细胞的整个调节网络的研 究进展情况
2024/11/1 张星元:发酵原理(讲座) 3 ①与生物工程相关的氨基酸产生 菌的相关途径的研究进展情况, 其中必须包括这些途径的代谢调 节以及细胞的整个调节网络的研 究进展情况
2024/11/1 张星元:发酵原理(讲座) 4 ②对所有的相关途径进行详细的代谢流 量分析。这涉及到基质进入细胞的碳架 物流量,流经向心途径、中心代谢途径 和离心途径的碳架物流量,以及代谢中 间产物流出细胞的碳架物流量 ( the central and peripheral carbon fluxes)。 还原力的流量 ( redox flux )及能量流 量(energy flux)
2024/11/1 张星元:发酵原理(讲座) 4 ②对所有的相关途径进行详细的代谢流 量分析。这涉及到基质进入细胞的碳架 物流量,流经向心途径、中心代谢途径 和离心途径的碳架物流量,以及代谢中 间产物流出细胞的碳架物流量 ( the central and peripheral carbon fluxes)。 还原力的流量 ( redox flux )及能量流 量(energy flux)
2024/11/1 张星元:发酵原理(讲座) 5 ③以协调和调节的方式对碳架流、氧 化还原反应的电子流、能量流进行导 向,以提高基质的吸收能力、限制前 体物向支路途径的流量、减少中间产 物的积累及副产物的形成,还要绕过 氧化还原平衡及能量平衡中可能出现 的难题
2024/11/1 张星元:发酵原理(讲座) 5 ③以协调和调节的方式对碳架流、氧 化还原反应的电子流、能量流进行导 向,以提高基质的吸收能力、限制前 体物向支路途径的流量、减少中间产 物的积累及副产物的形成,还要绕过 氧化还原平衡及能量平衡中可能出现 的难题
2024/11/1 张星元:发酵原理(讲座) 6 传统的设计育种( 随机诱变加定 向筛选),以及DNA重组技术在设计 育种中的应用已经大大提高了微生物 对氨基酸的生产能力, 但人们对于氨 基酸产生菌的生理学与生物化学等主 要领域的基础知识还相当匮乏。 目前可从以下几方面理解氨基酸 的代谢基础:
2024/11/1 张星元:发酵原理(讲座) 6 传统的设计育种( 随机诱变加定 向筛选),以及DNA重组技术在设计 育种中的应用已经大大提高了微生物 对氨基酸的生产能力, 但人们对于氨 基酸产生菌的生理学与生物化学等主 要领域的基础知识还相当匮乏。 目前可从以下几方面理解氨基酸 的代谢基础:
2024/11/1 张星元:发酵原理(讲座) 7 ①具有生物工程学重要性的微生物的 基本代谢途径及其对应的酶的性质; ②酶及其调节方式,途径及其调节方 式; ③中心代谢途径及离心途径代谢流量 的定量分析; ④对跨膜传送(基质吸收和产物分泌) 的详尽的了解
2024/11/1 张星元:发酵原理(讲座) 7 ①具有生物工程学重要性的微生物的 基本代谢途径及其对应的酶的性质; ②酶及其调节方式,途径及其调节方 式; ③中心代谢途径及离心途径代谢流量 的定量分析; ④对跨膜传送(基质吸收和产物分泌) 的详尽的了解
2024/11/1 张星元:发酵原理(讲座) 8 目的产物的合成途径是理解氨基酸 生产的前提和核心内容 。相关的代谢途 径不仅包括那些直接导致某特定氨基酸 的合成的专用途径,也包括提供前体碳 架物的途径、从专用途径分流最终导致 副产物生成的分支途径、相应氨基酸自 身被降解的途径、以及那些提供还原力 和代谢能量的途径
2024/11/1 张星元:发酵原理(讲座) 8 目的产物的合成途径是理解氨基酸 生产的前提和核心内容 。相关的代谢途 径不仅包括那些直接导致某特定氨基酸 的合成的专用途径,也包括提供前体碳 架物的途径、从专用途径分流最终导致 副产物生成的分支途径、相应氨基酸自 身被降解的途径、以及那些提供还原力 和代谢能量的途径
2024/11/1 张星元:发酵原理(讲座) 9 除了以上这些反映代谢途径基本 信息的资料外,代谢流量的相对固定 的分布以及代谢流量的动力学响应同 样是至关重要的。这既涉及到中心代 谢途径(提供碳架物质、还原力及代 谢能)的代谢流的定量分析,又涉及 到特定氨基酸专用的合成途径的代谢 流的定量分析
2024/11/1 张星元:发酵原理(讲座) 9 除了以上这些反映代谢途径基本 信息的资料外,代谢流量的相对固定 的分布以及代谢流量的动力学响应同 样是至关重要的。这既涉及到中心代 谢途径(提供碳架物质、还原力及代 谢能)的代谢流的定量分析,又涉及 到特定氨基酸专用的合成途径的代谢 流的定量分析
2024/11/1 张星元:发酵原理(讲座) 10 此外,基质吸收和目的产物输出等 有方向性的跨膜反应对于氨基酸的生产 也是极其重要的。除大肠杆菌外,一般 工业微生物基质吸收方面的知识是相当 欠缺的。氨基酸跨膜输出的研究领域近 年才受到关注。方向性的跨膜反应的机 理、微生物能学及氨基酸分泌的调节等 方面的知识对于理解氨基酸生产过程也 是相当重要的
2024/11/1 张星元:发酵原理(讲座) 10 此外,基质吸收和目的产物输出等 有方向性的跨膜反应对于氨基酸的生产 也是极其重要的。除大肠杆菌外,一般 工业微生物基质吸收方面的知识是相当 欠缺的。氨基酸跨膜输出的研究领域近 年才受到关注。方向性的跨膜反应的机 理、微生物能学及氨基酸分泌的调节等 方面的知识对于理解氨基酸生产过程也 是相当重要的