2004—2005 年度生物工程专业 《代谢控制发酵》考试试卷及答案（2005 年 6 月） 班级——————姓名————————得分—————— 一 名词解释（每题 6 分，共 60 分） 1 代谢互锁 从生物合成途径来看，似乎是受一种完全无关的终产物的控制，它是在较高 浓度下才发生，而且这种抑制（阻遏）作用是部分性的，不完全的。 2 协同反馈抑制 在分支代谢途径中，任何一 终产物豆不能单独抑制该途径第一个酶，但当 几个末端产物同时过量，它们可协同抑制第一个酶反应。 3 优先合成 a D → E A ⎯c→ B ⎯c→ C b F → G 底物 A 经分支合成途径生成两种终产物 E 和 G，由于 a 酶的活性远远大于 b 酶的活性，结果优先合成 E。E 合成达到一定浓度时，就会抑制 a 酶，使代谢转 向合成 G。G 合成达到一定浓度时就会对 c 酶产生抑制作用。 4 累积反馈抑制 在累积反馈抑制中，每个最终产物只能单独的部分的抑制代谢途径中的第一 个酶，当几个末端产物同时存在时，它们的抑制作用是积累的。 5 转化 指相当大的游离的供体细胞的 DNA 片段被直接吸收到受体细胞内，并整合 于受体细胞的基因组中，从而使受体细胞获得供体细胞部分遗传性状的现象。 6 转导 利用转导噬菌体为媒介，将供体菌 DNA 导入受体菌中，从而使受体菌获得 部分遗传性状的现象。 7 代谢控制发酵 利用遗传学和生物学方法认为的在 DNA 分子水平上改变或控制微生物的代 谢，使目的产物大量合成、积累的发酵。 8 营养缺陷型突变株 代谢途径某一步骤发生缺陷，造成菌株缺乏某一营养物质，终产物不能积累， 解除了终产物的反馈调节，使中间产物积累或另一分支途径的末端产物得以积 累。 9 渗漏突变株 由于遗传性障碍不完全的缺陷菌株，由于遗传突变导致某一种酶的活性下降 而不是完全丧失，能够少量合成某一种代谢最终产物。 10 限量补充培养 通过在培养基中限量控制营养物的量，解除对酶的反馈调节，从而使目标产 物得到积累的培养方法。 二 论述题（每题 20 分，共 40 分）
2004—2005 年度生物工程专业 《代谢控制发酵》考试试卷及答案（2005 年 6 月） 班级——————姓名————————得分—————— 一 名词解释（每题 6 分，共 60 分） 1 代谢互锁 从生物合成途径来看，似乎是受一种完全无关的终产物的控制，它是在较高 浓度下才发生，而且这种抑制（阻遏）作用是部分性的，不完全的。 2 协同反馈抑制 在分支代谢途径中，任何一 终产物豆不能单独抑制该途径第一个酶，但当 几个末端产物同时过量，它们可协同抑制第一个酶反应。 3 优先合成 a D → E A ⎯c→ B ⎯c→ C b F → G 底物 A 经分支合成途径生成两种终产物 E 和 G，由于 a 酶的活性远远大于 b 酶的活性，结果优先合成 E。E 合成达到一定浓度时，就会抑制 a 酶，使代谢转 向合成 G。G 合成达到一定浓度时就会对 c 酶产生抑制作用。 4 累积反馈抑制 在累积反馈抑制中，每个最终产物只能单独的部分的抑制代谢途径中的第一 个酶，当几个末端产物同时存在时，它们的抑制作用是积累的。 5 转化 指相当大的游离的供体细胞的 DNA 片段被直接吸收到受体细胞内，并整合 于受体细胞的基因组中，从而使受体细胞获得供体细胞部分遗传性状的现象。 6 转导 利用转导噬菌体为媒介，将供体菌 DNA 导入受体菌中，从而使受体菌获得 部分遗传性状的现象。 7 代谢控制发酵 利用遗传学和生物学方法认为的在 DNA 分子水平上改变或控制微生物的代 谢，使目的产物大量合成、积累的发酵。 8 营养缺陷型突变株 代谢途径某一步骤发生缺陷，造成菌株缺乏某一营养物质，终产物不能积累， 解除了终产物的反馈调节，使中间产物积累或另一分支途径的末端产物得以积 累。 9 渗漏突变株 由于遗传性障碍不完全的缺陷菌株，由于遗传突变导致某一种酶的活性下降 而不是完全丧失，能够少量合成某一种代谢最终产物。 10 限量补充培养 通过在培养基中限量控制营养物的量，解除对酶的反馈调节，从而使目标产 物得到积累的培养方法。 二 论述题（每题 20 分，共 40 分）
1 根据 D-核糖的生物合成途径及代谢调节机制，阐述 D-核糖高产菌的育种思路。 （20 分） 答：1、选用芽孢杆菌属细菌作为 D-核糖发酵的出发菌株。 2、要分离转酮酶缺陷突变株，可采用以下遗传标记： 选育不利用 D-葡萄糖酸或 L-阿拉伯糖的突变株，使菌体不能利用 D-葡萄糖 或 L-阿拉伯糖； 选育莽草酸缺陷突变株，使 D-赤藓糖-4-磷酸合成受阻，不能合成莽草酸； L-色氨酸缺陷、L-酪氨酸缺陷、L-苯丙氨酸缺陷、维生素 K 缺陷或叶酸缺陷 突变株，原理同莽草酸缺陷突变株。 利用基因工程方法构建核糖的高产菌株：将枯草芽孢杆菌基因中转酮酶克隆 到载体质粒中，将氯霉素酰基转移酶基因插入到转酮酶中，则后者失活，用限制 性内切酶插入到线性基因使之变为直线基因，再将之返回到枯草芽孢杆菌中。 3、增加前体物质的合成 4、切断核糖向下的代谢途径：选用以核糖为唯一碳源不能生长的突变株。 5、选育耐高渗透压的突变株 6、防止回复突变：应注意菌种纯化，减少传代次数。 2 简述 L-色氨酸的代谢调控机制，并论述 L-色氨酸高产菌的育种思路，在发酵 条件控制中应注意的问题？（20 分） 答：芳香族氨基酸的生物合成存在着特定的调节机制，因此不可能从自然界 中找到大量积累色氨酸的菌株，但是可以以黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌等作为出 发菌株，设法造就从遗传角度解除了芳香族氨基酸的生物合成正常代谢机制的突 变菌株，用微生物直接发酵法生成积累色氨酸。这些方法包括： 1 切断支路代谢：切断由分支酸到预苯酸、维生素 K、CoQ 的代谢支路，节 约碳源，使中间体分支酸更多的转向合成色氨酸，同时可以解除 Phe、Tyr 对合 成途径中 DS 的反馈调节，从而有利于色氨酸的积累。 2 解除自身反馈调节：可通过选育色氨酸的结构类似物抗性突变株，解除自 身的反馈调节来达到积累色氨酸的目的。 3 增加前体物：为了积累更多的色氨酸，必须增加更多的前体物，减少 PEP 和 EP 的支路代谢，解除 Phe、Tyr 对合成途径中 DS 的反馈调节，增加分支酸浓 度等方法可以增加前体物的合成。 4 切断进一步代谢：选育色氨酸酶缺失突变株、色氨酸脱羧酶缺失突变株、 色氨酸 tRNA 合成酶缺失突变株以及不分解利用色氨酸的突变株可以减少色氨 酸的消耗，有利于色氨酸的积累。 5 利用基因工程技术构建色氨酸工程菌株：应用重组 DNA 技术和分析应用 生物学相关的遗传，进行有精确目标的基因操作，改变微生物原有的调节系统， 实现目的代谢产物的提高。如：改变代谢流、扩展代谢途径、构建新的代谢途径、 及蛋白质工程的应用—对于色氨酸操纵子上的结构基因进行定点诱变，解除代谢 反馈抑制等。 6 其他标记：选育色氨酸操纵子中弱化子缺失突变型也是积累色氨酸的有效 措施
1 根据 D-核糖的生物合成途径及代谢调节机制，阐述 D-核糖高产菌的育种思路。 （20 分） 答：1、选用芽孢杆菌属细菌作为 D-核糖发酵的出发菌株。 2、要分离转酮酶缺陷突变株，可采用以下遗传标记： 选育不利用 D-葡萄糖酸或 L-阿拉伯糖的突变株，使菌体不能利用 D-葡萄糖 或 L-阿拉伯糖； 选育莽草酸缺陷突变株，使 D-赤藓糖-4-磷酸合成受阻，不能合成莽草酸； L-色氨酸缺陷、L-酪氨酸缺陷、L-苯丙氨酸缺陷、维生素 K 缺陷或叶酸缺陷 突变株，原理同莽草酸缺陷突变株。 利用基因工程方法构建核糖的高产菌株：将枯草芽孢杆菌基因中转酮酶克隆 到载体质粒中，将氯霉素酰基转移酶基因插入到转酮酶中，则后者失活，用限制 性内切酶插入到线性基因使之变为直线基因，再将之返回到枯草芽孢杆菌中。 3、增加前体物质的合成 4、切断核糖向下的代谢途径：选用以核糖为唯一碳源不能生长的突变株。 5、选育耐高渗透压的突变株 6、防止回复突变：应注意菌种纯化，减少传代次数。 2 简述 L-色氨酸的代谢调控机制，并论述 L-色氨酸高产菌的育种思路，在发酵 条件控制中应注意的问题？（20 分） 答：芳香族氨基酸的生物合成存在着特定的调节机制，因此不可能从自然界 中找到大量积累色氨酸的菌株，但是可以以黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌等作为出 发菌株，设法造就从遗传角度解除了芳香族氨基酸的生物合成正常代谢机制的突 变菌株，用微生物直接发酵法生成积累色氨酸。这些方法包括： 1 切断支路代谢：切断由分支酸到预苯酸、维生素 K、CoQ 的代谢支路，节 约碳源，使中间体分支酸更多的转向合成色氨酸，同时可以解除 Phe、Tyr 对合 成途径中 DS 的反馈调节，从而有利于色氨酸的积累。 2 解除自身反馈调节：可通过选育色氨酸的结构类似物抗性突变株，解除自 身的反馈调节来达到积累色氨酸的目的。 3 增加前体物：为了积累更多的色氨酸，必须增加更多的前体物，减少 PEP 和 EP 的支路代谢，解除 Phe、Tyr 对合成途径中 DS 的反馈调节，增加分支酸浓 度等方法可以增加前体物的合成。 4 切断进一步代谢：选育色氨酸酶缺失突变株、色氨酸脱羧酶缺失突变株、 色氨酸 tRNA 合成酶缺失突变株以及不分解利用色氨酸的突变株可以减少色氨 酸的消耗，有利于色氨酸的积累。 5 利用基因工程技术构建色氨酸工程菌株：应用重组 DNA 技术和分析应用 生物学相关的遗传，进行有精确目标的基因操作，改变微生物原有的调节系统， 实现目的代谢产物的提高。如：改变代谢流、扩展代谢途径、构建新的代谢途径、 及蛋白质工程的应用—对于色氨酸操纵子上的结构基因进行定点诱变，解除代谢 反馈抑制等。 6 其他标记：选育色氨酸操纵子中弱化子缺失突变型也是积累色氨酸的有效 措施