用遗传学与生理学相结合的方法研究氨基酸生产.ppt

用遗传学与生理学相结合的方法研究氨基酸生产
2017/11/11
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张星元:发酵原理(讲座)
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:
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张星元:发酵原理(讲座)
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。
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张星元:发酵原理(讲座)
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)。
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张星元:发酵原理(讲座)
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。
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张星元:发酵原理(讲座)
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:
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张星元:发酵原理(讲座)
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。
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张星元:发酵原理(讲座)
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。
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张星元:发酵原理(讲座)
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。
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张星元:发酵原理(讲座)
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。
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张星元:发酵原理(讲座)