2代谢工程的基本概念.ppt
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1、肚 宗 辞 悦 挺 滤 箔 醒 楚 居 旱 务 谎 副 橡 明 藐 岭 翟 雌 惰 终 么 停 孺 卧 蛊 佐 尸 截 告 企 2 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 发 酵 原 理 和 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 微生物代谢工程微生物代谢工程 基本概念基本概念 缸 横 钡 噪 堰 镣 鞭 熄 日 疹 阐 巾 说 稽 豢 梅 矣 牺 五 称 违 宅 换 塘 惧 类 草 垢 顾 绊 赠 囊 2 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 发 酵 原 理 和 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 2020/6/281 1. 微生物细胞能为其自身提供代谢能 2. 细胞能量转换机构的组成 3. 微生物代
2、谢中的电子流和电子回路 4. 生物氧化和辅酶的再生 5. 生化反应途径和代谢途径 6. 生化反应网络和代谢网络 7. 代谢网络的联网问题 8. 代谢流和碳架物质流 9. 代谢主流 26 个基本概念 灌 镑 漾 缚 丽 哦 座 心 籽 马 严 晕 忘 刻 膳 罪 笛 鞍 蕴 琐 闸 谐 夷 沏 蚁 屿 灿 焰 涎 否 歧 刷 2 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 发 酵 原 理 和 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 Date2 10. 载流途径与载流路径 11. 代谢主流的变动性和选择性 12. 理想载流途径 13. 微生物生物工程的难题 14. 代谢网络的节点及其刚性 15. 工业发酵的五
3、字策略 16. 代谢网络的节点及其刚性 17. 代谢网络的刚性 18. 微生物活细胞和细胞的经济性 币 疮 并 衬 湿 圾 征 三 相 肆 芬 庭 缓 估 斡 谅 惨 怀 耀 羡 耽 省 乒 岿 反 雀 敝 滦 惜 谊 乡 全 2 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 发 酵 原 理 和 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 Date3 19. 正常代谢和竞争型细胞经济 20. 异常代谢和导向型细胞经济 21. 细胞经济受到严格的制约 22. 信息流指导下的工业发酵 23. 限制性遗传信息之谜 24. 从发酵工程到微生物代谢工程 25. 微生物代谢工程 26. 代谢流及其控制的分析 树 胰 汕 滇
4、 应 赴 义 茫 蛹 墩 粘 轿 碴 离 埂 哑 空 杰 葵 奸 厨 近 炯 搔 岂 游 铅 吠 桥 抉 傲 迈 2 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 发 酵 原 理 和 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 Date4 1. 微生物细胞能为其自身提供代谢能 微生物细胞的生存方式与动物、植物等高 等生物的细胞不同,微生物细胞能独立存在、 自主生活。因此每个微生物细胞都具有能量转 换机构,这种机构可把其它形式的能量转换成 能被其自身直接使用的能量(如 ATP、GTP 和 储存在膜上的质子运动势 P ),暂且把它们称 为代谢能。在代谢能的直接支撑下,活细胞才 能维持其高度有序的状态。 赃 惩 综
5、卵 艺 翼 蒜 陕 泪 拳 牟 奄 撕 科 活 敬 茧 怀 哗 坛 泵 瘴 刷 波 宇 硫 嫡 逆 严 箱 骇 工 2 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 发 酵 原 理 和 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 Date5 2.细胞能量转换机构的组成 微生物细胞的能量转换机构包括:需要代 谢能来激活的代谢途径的有关的酶和这些酶的 辅酶、原核微生物的细胞质膜和真核微生物线 粒体的内膜,以及这些膜上的电子传递链和 ATP酶,还有在能量代谢和主动输送中起辅助 作用的有关载体系统。 皋 敏 郎 簿 制 串 估 脏 妇 乃 肯 茶 挥 眷 肌 怔 歹 唬 陌 侍 苇 渔 旅 孟 偏 您 齐 抒 擎 润
6、埠 胞 2 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 发 酵 原 理 和 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 Date6 3. 微生物细胞代谢的电子流和电子回路 工业发酵普遍使用的化能异养型微生物 靠生物氧化把化学能转化为可被微生物直接 利用的代谢能。微生物细胞的生物氧化过程 必须借助于辅酶,并且其生物氧化过程和跨 膜的主动输送过程伴随着电子(或质子)的流 动,形成微生物代谢的跨膜的质子回路。 庐 傲 蝉 顶 胜 烁 瓤 槛 彬 共 凝 坷 棺 灵 脐 肯 带 壕 蒋 拎 炙 挥 雌 春 菱 汛 鳖 挛 吾 惩 屡 皿 2 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 发 酵 原 理 和 代 谢 工 程 的
7、基 本 概 念 Date7 AT P ATP酶 呼吸链 微生物代谢的跨膜质子 回路示意图 电子回路示意图 联 疮 率 毙 阁 峻 绒 创 劫 侣 元 估 枝 目 侵 佯 犹 泉 贷 致 颤 毒 忘 猴 啥 烤 达 房 谊 非 凿 攒 2 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 发 酵 原 理 和 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 Date8 4. 生物氧化和辅酶的再生 在微生物活细胞中,参与生物氧化反应脱 氢酶的辅酶本身不能跨过膜,被局限在其所在 的细胞内。它们必须被再生,才能回用,以维 持能量代谢。脱氢酶的辅酶在细胞氧化还原反 应中接受电子而被还原成还原型辅酶,还原型 辅酶将电子释放给电子受体
8、,从而实现脱氢酶 的辅酶的再生。根据最终电子受体的类型,可 把生物氧化分成有氧呼吸、无氧呼吸和发酵三 种类型。 沙 掂 猖 启 涝 攻 损 桂 炉 今 詹 录 码 胚 阐 刚 智 吁 荷 杆 爹 舷 乔 霄 赂 熬 草 仗 婉 腹 瘤 烟 2 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 发 酵 原 理 和 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 Date9 5. 生化反应途径和代谢途径 一系列按序进行的生物化学反应构成生 化反应途径;若这条途径在活细胞里运行, 则为代谢途径。 洁 椿 挚 钎 阵 汀 利 甩 败 疙 拄 慕 蒙 肚 耕 暗 纯 钓 夹 脂 墅 勘 憎 碴 栋 鬼 挞 乃 峨 嫌 侗 腰 2
9、 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 发 酵 原 理 和 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 Date10 6. 生化反应网络和代谢网络 生化反应途径按生物化学规律汇成生化 反应网络;代谢途径与跨膜输送系统按代谢 规律汇成(物质)代谢网络。 已 莹 嘘 托 栓 叠 目 空 灸 亥 坛 末 锈 脱 倘 治 雌 记 秉 置 犁 帝 倚 震 婪 峨 躁 亨 阻 含 倍 瞎 2 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 发 酵 原 理 和 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 Date11 7. 代谢网络的联网问题 代谢中间物都在代谢网络上,有些有机化合物虽 然不在代谢网络上但仍有可能与代谢网络“联网”。所
10、谓“联网”就是用化学或生物化学反应把指定的化合物 连接到代谢网络上去,从而使它与微生物的代谢建立 联系。“联网”可以用化学或生物学方法(含DNA重组技 术)来实现。广义的 “联网” 包含代谢网络细节不同的 生命有机体之间接力赛式的代谢联系。已在“网” 上或 者可以“联网” 的化合物都可能被开发为工业发酵的产 物或原料。 催 耀 褒 牌 吏 甥 掺 妇 熙 赐 喊 屏 弟 蓝 甜 奖 烛 么 深 腥 涕 郡 导 泉 曲 井 悼 胞 匆 制 墙 苏 2 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 发 酵 原 理 和 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 Date12 8. 代谢流和碳架物质流 代谢物在代谢网
11、络中流动形成代谢流。广 义的代谢流还包括能量流和信息流。在代谢分 析和代谢工程中,代谢流往往首先是指有机物 流(碳架物质流)。 铺 俺 竣 束 翅 蜗 涎 佛 敖 社 貌 槽 矣 唱 胰 哑 筹 冕 磺 陶 蝗 彩 蒲 坟 浆 竞 束 材 琅 今 灾 侈 2 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 发 酵 原 理 和 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 Date13 9. 代谢主流 在一定的培养条件下,代谢物在代谢 网络中流动,流量相对集中的代谢流叫做 该培养条件下的代谢主流。代谢主流的流 量测定是代谢工程的重要组成部分。 衙 砾 毙 欺 迁 搂 蹿 猜 狙 五 仓 童 潍 霍 柴 射 角 浅 捶
12、 蓬 歧 俗 漫 闺 近 那 辛 呛 晒 辐 膏 佩 2 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 发 酵 原 理 和 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 Date14 10. 载流途径与载流路径 从字面上讲,有代谢物流通过的代谢途 径即载流途径。载流路径是工业发酵领域的 术语。在工业发酵的目的产物生产阶段,碳 架物质从原料到目的产物流经的各段代谢途 径(即载流途径),按流经的先后次序首尾衔接 ,组合成载流路径。代谢工程没有必要研究 所有的载流途径,但必须研究载流路径上的 代谢流,也就是生产阶段的代谢主流。 凌 弯 膀 韩 柱 督 盈 碎 蚁 譬 椒 轧 锌 起 糙 若 跟 点 阂 纤 唐 硫 芳
13、课 魄 虫 此 砍 彦 葬 记 甭 2 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 发 酵 原 理 和 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 Date15 11. 代谢主流的变动性和选择性 微生物的代谢主流的方向、流量甚至所 流经的途径都可能发生变化。这就是微生物 代谢主流的变动性和代谢主流对代谢网络中 的途径的选择性。这种变动和选择的根据在 微生物细胞的遗传物质,选择的原因是微生 物所处的环境条件的变化。 交 厨 包 每 太 菌 啸 行 炸 哼 膨 乡 弃 矣 醛 稻 鲸 捧 诽 觅 早 剥 成 侩 云 味 的 刑 昧 茎 贷 疼 2 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 发 酵 原 理 和 代 谢 工
14、 程 的 基 本 概 念 Date16 12. 理想载流路径 为了提高产物对原料的转化率, 就要 求代谢主流(根据代谢分析的结果)经设定的 载流路径流到目的产物。因为这样的载流路 径是带有主观导向性的虚拟的载流途径,所 以把它们叫做理想载流路径。 枝 卿 啮 继 揉 坞 殃 虱 僻 鹊 谨 伏 害 狂 瓷 铭 逼 保 燕 虎 臣 赏 桑 蠕 实 氓 较 护 于 绿 乃 颈 2 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 发 酵 原 理 和 代 谢 工 程 的 基 本 概 念 Date17 13. 微生物代谢工程的难题 既然微生物的代谢主流对网络中的途径 有自主的选择性,而工业发酵的目标又是要 微生物的
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