張星元:發酵原理電子講義附錄1 4·11代謝主流的變動性和選擇性 微生物的代謝主流處於不斷變化之中,其方向丶流量甚至 所流經的途徑都可能發生變仳。這就是微生物代謝主流的變動性 和代謝主流對代謝網路中的途徑的選擇性°這種變動和選擇的根 據在微生物紐胞的遺傳物質’選擇的原因是微生物所處的環境條 件的變化。 4·12理想載流途徑 爲了提高產物對原料的轉化率’就要求代謝主流(根據代 謝分析的結果推定的)經設定的載流途徑流到目的產物。因爲這 樣的載流途徑是帶有主觀導向性的虛擬的載流途徑·所以把它們 叫做理想載流途徑 4·13微生物生物工程的難題 既然代謝主流對網路中的途徑有選擇性’而工業發酵的目標 又是要微生物的代謝主流經理想載流途徑·流到目的產物·因此 就有必要去解決理想載流途徑的設計問題和代謝主流的合理導向 問題。 4·14代謝的“五段式”t 在工業發酵生產中,培養器中的微生物細胞的代謝是分步進 行的。胞外營養物質(一般要經胞外酶降解後)從培養介質跨膜 進人細胞’(一般要)經過“注人途徑”丶“中心途徑”和“發 散途徑”等三段連續的代謝途徑的代謝’才能在胞內生成目的產 物·最後’目的產物跨過細胞質膜排岀細胞·回到培養介質。因 此典型的理想載流途徑應該由以上五段承擔不同代謝分工的依次 銜接的代謝途徑組成。這就是載流途徑的“五段式”在這條載 流途徑上流動的代謝主流對應地也有五段’這就是代謝主流的 五段式”(圖1) 4·15設計育種和發酵工藝控制的五字策略 在“代謝主流”和代謝的“五段式”等概念的基礎上·從 不同的闰度出發’提出能作爲一個整體用於設計育種以及發酵工 藝控制的“進丶通、節丶堵丶出”的“五宇策略”:①進,促進 細胞對碳源等營養物質的吸收;②通,使來自上游和各個注人分 支的碳架物質能暢通地流向目的產物;③節,阻塞與目的產物的 形成無關或關不大的代謝支流’使碳架物質相對集中地流向目 的產物;④堵,消除或削弱目的產物進一步代謝的途徑;⑤出 促進目的產物向胞外空間分泌。 4·16代謝網路的節點及其剛性張星元：發酵原理電子講義 附錄 1-3 19 4．11 代謝主流的變動性和選擇性 微生物的代謝主流處於不斷變化之中，其方向、流量甚至 所流經的途徑都可能發生變化。這就是微生物代謝主流的變動性 和代謝主流對代謝網路中的途徑的選擇性。這種變動和選擇的根 據在微生物細胞的遺傳物質，選擇的原因是微生物所處的環境條 件的變化。 4．12 理想載流途徑 爲了提高産物對原料的轉化率， 就要求代謝主流（根據代 謝分析的結果推定的）經設定的載流途徑流到目的産物。因爲這 樣的載流途徑是帶有主觀導向性的虛擬的載流途徑，所以把它們 叫做理想載流途徑。 4．13 微生物生物工程的難題 既然代謝主流對網路中的途徑有選擇性，而工業發酵的目標 又是要微生物的代謝主流經理想載流途徑，流到目的産物，因此 就有必要去解決理想載流途徑的設計問題和代謝主流的合理導向 問題。[11] 4．14 代謝的“五段式”[1] 在工業發酵生産中，培養器中的微生物細胞的代謝是分步進 行的。胞外營養物質（一般要經胞外酶降解後）從培養介質跨膜 進入細胞，（一般要）經過“注入途徑”、“中心途徑”和“發 散途徑”等三段連續的代謝途徑的代謝，才能在胞內生成目的産 物，最後，目的産物跨過細胞質膜排出細胞，回到培養介質。因 此典型的理想載流途徑應該由以上五段承擔不同代謝分工的依次 銜接的代謝途徑組成。這就是載流途徑的“五段式”。在這條載 流途徑上流動的代謝主流對應地也有五段，這就是代謝主流的 “五段式”（圖 1）。 4．15 設計育種和發酵工藝控制的五字策略[1] 在“代謝主流” 和代謝的“五段式”等概念的基礎上，從 不同的角度出發，提出能作爲一個整體用於設計育種以及發酵工 藝控制的“進、通、節、堵、出”的“五字策略”：①進，促進 細胞對碳源等營養物質的吸收；②通，使來自上游和各個注入分 支的碳架物質能暢通地流向目的産物；③節，阻塞與目的産物的 形成無關或關係不大的代謝支流，使碳架物質相對集中地流向目 的産物；④堵，消除或削弱目的産物進一步代謝的途徑；⑤出， 促進目的産物向胞外空間分泌。 4．16 代謝網路的節點及其剛性 [5]