一、名詞解釋1、柔性節(jié)點（flexiblenode）：若流入每一分支的流量容易改變以滿足需求，這樣的節(jié)點稱為柔性節(jié)點。（在柔性節(jié)點，導(dǎo)向每一分支的酶對節(jié)點代謝物的親和性相近似，每個分支的反應(yīng)速度也相近，每一分支的流量受相應(yīng)的終端產(chǎn)物反饋抑制控制。）2、剛性節(jié)點：若一個節(jié)點的一個或多個分支的分配率被嚴(yán)密控制，則稱該節(jié)點是強剛性的，即剛性節(jié)點。（這種控制通常是通過反饋控制和一個代謝物對另一個分支的酶的交叉激活這兩種作用的結(jié)合來實現(xiàn)的。）3、反饋抑制（feedbackinhibition）:也稱負(fù)反饋，這是生物體普遍存在的一種調(diào)節(jié)機制，反饋抑制是指反應(yīng)終產(chǎn)物對自身合成途徑中的酶活力起抑制作用，大多是對第一個酶的活力起抑制作用。4、反饋阻遏：末端代謝產(chǎn)物阻止整個代謝途徑酶的合成作用。5、代謝組學(xué)：一門“在新陳代謝的動態(tài)進(jìn)程中，系統(tǒng)研究代謝產(chǎn)物的變化規(guī)律，揭示機體生命活動代謝本質(zhì)”的科學(xué)。它所關(guān)注的是相對分子質(zhì)量為1,000以下的小分子。6、擬穩(wěn)態(tài)假設(shè)：7、超定系統(tǒng)和不定系統(tǒng)：AX（t）=0，如果方程數(shù)等于反應(yīng)速率數(shù)目（代謝通量），方程有唯一確定解，稱為正定系統(tǒng)。如果方程數(shù)小于反應(yīng)諫率數(shù)目（代謝通量），方程有無數(shù)解或不確定解，稱為不定系統(tǒng)。如果方程數(shù)大于反應(yīng)速率數(shù)目，稱為超定系統(tǒng)。如果已測量的通量的個數(shù)小于系統(tǒng)的自由度，剛對網(wǎng)絡(luò)通量存在無數(shù)個解一一不定系統(tǒng)，這時如果能夠規(guī)定一個合適的目標(biāo)函數(shù)（例如使比生長速率最大這樣的目標(biāo)函數(shù)），那么就能利用線性規(guī)劃來確定胞內(nèi)通量分布。8、比較基因組學(xué)（Comparativegenomics）:在基因組圖譜和序列分析的基礎(chǔ)上，對已知基因和基因的結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，了解基因的功能、表達(dá)調(diào)控機制和物種進(jìn)化過程的學(xué)科。9、基因尺度的代謝網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建：代謝網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建包含有序地收集生物系統(tǒng)內(nèi)所有基因、蛋白質(zhì)、生物化學(xué)反應(yīng)的信息的過程，然后通過系統(tǒng)限制條件用數(shù)學(xué)方程將重構(gòu)信息表達(dá)出來，從而將信息轉(zhuǎn)化為模型。二、填空題曲萄糖分解代謝?STIS解途?己器單睹圈途陽H\IP誡^酸戊精途倒心P|特提供合成棱苻酸所需的戊融、合成芳香冠曜酸和錐生素所需的前體、提供含成反成所Sf^XAiini+ir??三波釀循環(huán)曲萄糖分解代謝?STIS解途?己器單睹圈途陽H\IP誡^酸戊精途倒心P|特提供合成棱苻酸所需的戊融、合成芳香冠曜酸和錐生素所需的前體、提供含成反成所Sf^XAiini+ir??三波釀循環(huán)CFCA]?其它輔助途衿■和牯沖遂祥?發(fā)薜產(chǎn)仙部可以看作是-:大代謝謔徑的伊生物（抗生米、遇基展、唯生素、蒞白祈物相葡萄鈉的分解代謝途徑及定位胴解就酶將菊荀精降解成向酮酸并伴隨著生曲TP的過程。/它是珀植物及敬生物細(xì)as中曾萄糖分醉產(chǎn)生能量的共同代甜途控.過程「三個階段卜步反向易所:細(xì)胞腹中機氣f不需凳2、幾個分支代謝途徑及其調(diào)節(jié)

①EMP泗SJ?ATE,NATH<23WP:6陞酸果糖]|3-林tl■油畦J"麗融皿烏一Q-胡J*二成瓦原如基化也需的供氧伸-C3J??5^；生齡《成體■物康<1一酮戊二酸-W）I塊!固定反應(yīng):補過程「三個階段卜步反向①EMP泗SJ?ATE,NATH<23WP:6陞酸果糖]|3-林tl■油畦J"麗融皿烏一Q-胡J*二成瓦原如基化也需的供氧伸-C3J??5^；生齡《成體■物康<1一酮戊二酸-W）I塊!固定反應(yīng):補充草酰石酸.（6>乙隹酸浦環(huán):使聯(lián)田酸、廷胡素酸和蘋槳境的雖有到樸奇.雄特I山搦環(huán)的正常速轉(zhuǎn).谷氨敲H?蟹尊（6）逐原抓基化反成:a-的J.「曖，并知燧A無分玄代射/每啊照若：fi妙支代真隘棉前調(diào)節(jié)ifi常攔在線形的代洲詭整中未華產(chǎn)物對催心—出反應(yīng)恂啪S性去抑*1作R1成慵抑由肌3、填空計算題答：PPT代謝工程-6.7。4、微生物代謝途徑的表達(dá)（酶表達(dá)水平的調(diào)節(jié)方式、酶活性的三種調(diào)節(jié)方式、反饋調(diào)節(jié)2種方式的劃分）答：微生物代謝：分解代謝和組成代謝細(xì)胞組成：蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)、多糖組成代謝及相關(guān)發(fā)酵產(chǎn)物：氨基酸、核苷酸、脂肪酸酶水平調(diào)節(jié)的兩種主要類型：1、酶活的調(diào)節(jié)----活化或鈍化（這是快速調(diào)節(jié)，在幾秒到幾十分鐘內(nèi)完成。）2、酶表達(dá)水平的調(diào)節(jié)----誘導(dǎo)或阻遏（通過控制酶數(shù)量的調(diào)節(jié)要牽涉到基因、mRNA、蛋白質(zhì)的生物合成，所以這種調(diào)節(jié)是一種慢調(diào)節(jié)，在幾分鐘甚至幾天內(nèi)才能完成）微生物代謝調(diào)節(jié)睥疝忤I的閶節(jié)水平的調(diào)書”箜產(chǎn)物阻島反懾謖..分解代謝物蛆國弱化作用、核摘郵開美、瞬的抻制、酶分子的降解「共價慘飾〔裂駐系統(tǒng)與1M號忻導(dǎo)｝微生物代謝調(diào)節(jié)睥疝忤I的閶節(jié)水平的調(diào)書”箜產(chǎn)物阻島反懾謖..分解代謝物蛆國弱化作用、核摘郵開美、瞬的抻制、酶分子的降解「共價慘飾〔裂駐系統(tǒng)與1M號忻導(dǎo)｝日變胸控H反懾瞬I】反?調(diào)節(jié)1、共價修飾：有物質(zhì)成分的改變。（亦稱化學(xué)修飾，就是在調(diào)節(jié)酶分子上一個或多個氨基酸殘基與一個化學(xué)基團共價連接或解開，使其活性改變的作用。共價結(jié)合部位一般為絲氨酸殘基。自從1955年Krebs和Sutherland等有關(guān)糖原磷酸化酶的研究以來，到目前已經(jīng)知道的有100多種酶在它被翻譯后進(jìn)行共價修飾。特點及生理意義：需另外酶的參與；共價修飾；具有級聯(lián)放大效應(yīng)；耗能少，作用快。）2、變構(gòu)控制：沒有物質(zhì)成分的改變，有形狀的改變一構(gòu)象的改變。（是指一種小分子物質(zhì)與一種蛋白質(zhì)分子發(fā)生可逆的相互作用，導(dǎo)致這種蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，從而改變這種蛋白質(zhì)與第三種分子的相互作用。具有變構(gòu)作用的酶稱為變構(gòu)酶。）3、酶原激活。酶表達(dá)水平調(diào)節(jié)：1、酶的誘導(dǎo)作用。2、分解代謝物阻遏。微生物代謝調(diào)節(jié)（反饋調(diào)節(jié)）：氨基酸，嘌吟和嘧啶核苷酸生物合成的控制總是以反饋調(diào)節(jié)方式進(jìn)行。其生理意義在于避免物流的浪費與不需要的酶的合成。兩種主要類型的反饋調(diào)節(jié):反饋抑制和反饋阻遏。反饋抑制作用是末端代謝產(chǎn)物抑制其合成途徑中參與前幾步反應(yīng)的酶（通常是催化第一步反應(yīng)的酶）活性的作用。反饋阻遏作用是末端代謝產(chǎn)物阻止整個代謝途徑酶的合成作用。5、C13的兩種重要分析手段（13CMFA原理與方法的一段話背誦填空）答：13CMFA原理與方法：在13C標(biāo)記實驗中，以13C作特殊標(biāo)記的底物（通常為葡萄糖）引入生物反應(yīng)體系。隨著生化反應(yīng)的發(fā)生，經(jīng)化學(xué)重排、化學(xué)鍵的斷裂及新化學(xué)鍵的生成，標(biāo)記碳原子遍布整個代謝網(wǎng)絡(luò)、胞內(nèi)代謝物及生物量組成之中，直至標(biāo)記碳原子在代謝物庫中的同位素豐度達(dá)到穩(wěn)定后取樣進(jìn)行NMR或MS分析。利用同位素標(biāo)記底物及NMR或GC-MS（氣相色譜-質(zhì)譜儀）分析胞內(nèi)代謝物的標(biāo)記模式，可對單一碳原子建立碳平衡方程，從而將輔助因子的平衡方程排除在外。此外，由于有許多單一碳原子平衡方程可供利用，常得到一個超定系統(tǒng)。這種方程冗余能更加準(zhǔn)確地估算未知通量。1）（擬）穩(wěn)態(tài)假設(shè)是MFA的重要前提。代謝穩(wěn)態(tài)和同位素平衡狀態(tài)。2）標(biāo)記底物的選擇必須慎重考慮。要合理設(shè)計標(biāo)記底物組合方式以獲得最大通量信息。3）為降低實驗中底物用量方面的花費，生物反應(yīng)器容積應(yīng)盡量小。但反應(yīng)器容積太小系統(tǒng)的穩(wěn)定條件便很難達(dá)到。因此目前使用的生物反應(yīng)器容積通常在300-1000mL。4）在樣品處理方面，對不同代謝物應(yīng)選擇合適的樣品處理方法以保證化合物結(jié)構(gòu)不被破壞。6、同位素進(jìn)行代謝通量分析答：代謝通量測定：同位素標(biāo)記測定。如果兩個原子質(zhì)子數(shù)目相同，但中子數(shù)目不同，則他們?nèi)杂邢嗤脑有?，在周期表是同一位置的元素，所以兩者就叫同位素。有放射性的同位素稱為“放射性同位素”，沒有放射性的則稱為“穩(wěn)定同位素”，并不是所有同位素都具有放射性。放射性同位素（radiosotlope）是不穩(wěn)定的。它的原子核會不間斷地、自發(fā)地放射出射線，直至變成另一種穩(wěn)定同位素，這就是所謂“核衰變”。放射性同位素在進(jìn)行核衰變的時候，可放射出a射線、P射線、Y射線和電子俘獲等。核衰變的速度不受溫度、壓力、電磁場等外界條件的影響，也不受元素所處化學(xué)狀態(tài)的影響，只和時間有關(guān)。放射性同位素衰變的快慢，通常用“半衰期”來表示。同位素示蹤法的基本原理：可以用同位素作為一種標(biāo)記，制成含有同位素的標(biāo)記化合物（如氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)、糖類、核酸類、類脂類、類固醇類及醫(yī)學(xué)研究用的神經(jīng)藥物、受體、維生素和其他藥物等）代替相應(yīng)的不具有標(biāo)記的化合物。利用放射性同位素不斷地放出特征射線的核物理性質(zhì)，就可以用核探測器隨時追蹤它在體內(nèi)或體外的位置、數(shù)量及其轉(zhuǎn)變等。穩(wěn)定性同位素雖然不釋放射線，但可以利用它與普通相應(yīng)同位素的質(zhì)量之差，通過質(zhì)譜儀、氣相層析儀、核磁共振等質(zhì)量分析儀器來測定。放射性同位素示蹤法特點：1、靈敏度高。放射性同位素示蹤法可測到10-17—10-21Kg水平，即可以從1015個非放射性原子中檢測出一個放射性原子，而迄今最準(zhǔn)確的化學(xué)分析法很難測定到10-15Kg水平。2、方法簡便。放射性測定不受其它非放射性物質(zhì)的干擾，可以省略許多復(fù)雜的物質(zhì)分離步驟。3、定位定量準(zhǔn)確。放射性同位素示蹤法能準(zhǔn)確定量地測定代謝物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)變與某些形態(tài)學(xué)技術(shù)相結(jié)合（如病理組織切片技術(shù)，電子顯微鏡技術(shù)等），可以確定放射性示蹤劑在組織器官中的定量分布，并且對組織器官的定位準(zhǔn)確度可達(dá)細(xì)胞水平、亞細(xì)胞水平乃至分子水平。4、強的射線對人體有害。穩(wěn)定性同位素示蹤法的特點：1、無放射性，無輻射效應(yīng)及不良影響。

2、安全、對人無傷害。3、無污染，不受環(huán)境條件限制。4、無衰變，實驗時間不受限制。5、可進(jìn)行放射性示蹤法難以進(jìn)行的實驗。-放射性同位素的檢測放射自顯影技術(shù)蓋革計數(shù)管探測閃爍計數(shù)器探測-放射性同位素的攙入化學(xué)結(jié)合法生物合成法酶促合成法7、代謝組學(xué)常規(guī)的代謝分析方法（GC.LC.CE.-MS.NMR的中文全稱，2-DE,CE,HPLC-MS,LC-MC）答：1、代謝流分析（metabolicfluxanalysis）：又稱代謝通量分析，一種計算流經(jīng)各種途徑的通量的技術(shù)，用于描述不同途徑的相互作用和圍繞支點的物流分布。-放射性同位素的檢測放射自顯影技術(shù)蓋革計數(shù)管探測閃爍計數(shù)器探測-放射性同位素的攙入化學(xué)結(jié)合法生物合成法酶促合成法2、代謝控制分析（metaboliccontrolanalysis）:物流控制被分布在途徑的所有步驟中，只是若干步驟的物流比他的更大些，可用數(shù)學(xué)方程來描述反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的控制機制，即用一途徑的物流和以物流控制系數(shù)來定量表示酶活之間的關(guān)系。15、英文簡稱;LC：液相色譜卜GC：氣相色譜；GC-MS：氣質(zhì)聯(lián)用儀？NMRr核磁共振；HPLC:高效液相色譜；CE：細(xì)管電泳；2DE：雙向凝膠電泳；DIMS：直接注射質(zhì)譜；FTTR：傅立葉轉(zhuǎn)換紅外色譜：IEF：等電聚焦；ESI—MS：電嘖霧質(zhì)譜；RI：示差折光檢測法；UV：紫外檢測法：8、課本P192，轉(zhuǎn)錄組學(xué)平臺技術(shù)、芯片和RNA測序答：轉(zhuǎn)錄組學(xué)平臺技術(shù)：為了高通量并行分析基因的表達(dá)情況，各種轉(zhuǎn)錄組平臺技術(shù)得到迅速發(fā)展，主要包括：基因芯片技術(shù)、基因表達(dá)系列分析技術(shù)、大規(guī)模平行測序技術(shù)、RNA測序技術(shù)。9、基因操作的載體必須具備的條件（質(zhì)粒、載體條件等）答：質(zhì)粒載體必須具備的基本條件：1、具有復(fù)制起點（ORI）：這是自我增值必不可少的元件。2、具有抗菌素抗性基因：這是篩選的標(biāo)志。3、具有若干限制性內(nèi)切酶的單一識別位點：用來插入外源DNA片斷，且插入后不影響復(fù)制功能。4、具有較小的分子量和較高的拷貝數(shù)。三、簡答題1、多元自動化基因工程技術(shù)（MAGE）P297答：2009年Church研究組開發(fā)了一種大尺度修改和進(jìn)化細(xì)胞基因組的多元自動化基因組工程技術(shù)（MAGE技術(shù)）。該技術(shù)將大量人工合成的具有各種突變（包括堿基錯配、插入和缺失）的單鏈）NA庫導(dǎo)入宿主細(xì)胞進(jìn)行重組，可以快速高效地得到各種突變株。該技術(shù)快速高效，使得在全基因尺度上對菌株的基因組序列進(jìn)行設(shè)計和修飾成為可能，可極大地加快細(xì)胞優(yōu)化的進(jìn)程。MAGE技術(shù)的設(shè)計思路原理：利用ssDNA同源重組所具有的高效率，對大腸桿菌的基因組進(jìn)行多元循環(huán)修飾。它的設(shè)計思路：同時導(dǎo)入大量的ssDNA組成的文庫，文庫中的ssDNA與基因組上的不同靶點發(fā)生重組，引入事先設(shè)計好的或者簡并的突變，從而形成一個多樣性巨大的基因組庫。這個過程可以循環(huán)進(jìn)行，使細(xì)胞獲得的突變點不斷增加，同時使基因組的多樣性不斷增大。原理：將大量ssDNA循環(huán)地轉(zhuǎn)入細(xì)胞，不同的DNA與基因組不同的位點發(fā)生重組，在不同位點發(fā)生突變，或者在相同的位點引入不同的突變，從而形成多樣性巨大的基因組庫，通過引入簡并引物，可以對某個位點的序列進(jìn)行精細(xì)的調(diào)節(jié)。MAGE技術(shù)的七個步驟：1、將細(xì)胞培養(yǎng)到對數(shù)中期（OD值0.4~0.7）。2、/4°C熱激15min，誘導(dǎo)Beta蛋白的表達(dá)。3、將細(xì)胞降溫至4C。4、在4C用去離子水洗3次細(xì)胞，制作電轉(zhuǎn)化的感受態(tài)。5、將ssDNA的文庫和感受態(tài)細(xì)胞混合。6、電轉(zhuǎn)化將ssDNA轉(zhuǎn)入細(xì)胞，從而發(fā)生多元重組。7、復(fù)蘇細(xì)胞并入下一個循環(huán)。通過一個自動化裝置，每一個MAGE循環(huán)可以在2.5小時內(nèi)完成。2、進(jìn)化工程的概念答：進(jìn)化工程是通過模擬自然進(jìn)化中的變異和選擇過程，在人工選擇的壓力下實現(xiàn)微生物的進(jìn)化，最后從進(jìn)化菌群中篩選出優(yōu)良性狀目的菌株的技術(shù)。3、進(jìn)化工程的三個主要環(huán)節(jié)（變異、選擇、篩選）圖11-2進(jìn)化工程操作流程示意圖4、酶活性的調(diào)節(jié)答：酶活的調(diào)節(jié)----活化或鈍化（這是快速調(diào)節(jié)，在幾秒到幾十分鐘內(nèi)完成）。酶表達(dá)水平的調(diào)節(jié)一一誘導(dǎo)或阻遏（通過控制酶數(shù)量的調(diào)節(jié)要牽涉到基因、mRNA、蛋白質(zhì)的生物合成，所以這種調(diào)節(jié)是一種慢調(diào)節(jié)，在幾分鐘甚至幾天內(nèi)才能完成）。具體見填空題圖。5、核糖核酸開關(guān)的概念及其主要機制P40圖、核糖核酸開關(guān)答：核糖核酸開關(guān)是一類mRNA順式作用元件，它能夠直接結(jié)合小分子代謝物來改變mRNA分子的構(gòu)象，從而起到調(diào)控基因表達(dá)作用，目前發(fā)現(xiàn)的核糖核酸開關(guān)一般位于mRNA的5’-UTR或3’-UTR。核糖核酸開關(guān)的主要機制：核糖核酸開關(guān)位于mRNA的非編碼區(qū)，通過與代謝物小分子直接結(jié)合進(jìn)行基因表達(dá)的調(diào)控。大多數(shù)核糖核酸開關(guān)都可以分成兩個結(jié)構(gòu)域：一個是作為感應(yīng)器的適體結(jié)構(gòu)域AD），另外一個是作為基因表達(dá)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域的表達(dá)平臺（EPD）。AD是一個高度折疊的結(jié)構(gòu)，能感應(yīng)特定代謝物的濃度，從而選擇性地與特定代謝物結(jié)合，這種結(jié)合會導(dǎo)致其自身以及表達(dá)平臺的構(gòu)象發(fā)生變化。表達(dá)平臺構(gòu)象的變化可以形成終止子或抗終止子結(jié)構(gòu)，或形成掩蔽或暴露RBS位點、mRNA剪切位點的結(jié)構(gòu)，從而可以在基因轉(zhuǎn)錄、翻譯或mRNA剪切和加工等水平上調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。在一些真核生物中，核糖核酸開關(guān)也存在于3’-UTR區(qū)域，可能形成具有自剪切能力的核酶結(jié)構(gòu)，通過和特定代謝物結(jié)合后影響核酶活性來控制mRNA的穩(wěn)定性，從而調(diào)控基因的表達(dá)。四、計算題1、代謝通量平衡方程（丙酮酸）答：PPT代謝工程-6.7。2、通過平衡方程計算代謝通量并判斷剛性節(jié)點和柔性節(jié)點答：PPT代謝工程-6.7.8。五、論述題1、以大腸桿菌（釀酒酵母）為宿主構(gòu)建產(chǎn)乙醇的代謝途徑的優(yōu)缺點答：大腸桿菌優(yōu)點：（1）底物譜寬，可以在廉價培養(yǎng)基上生長，含有木糖代謝基因，可以利用木糖；（2）適合高密度培養(yǎng)，生長速率快；（3）大腸桿菌的生理和遺傳背景清楚，有利于復(fù)雜遺傳操作。（4）在好氧和無氧條件下均能產(chǎn)生乙醇。缺點：（1）代謝副產(chǎn)物復(fù)雜，比如產(chǎn)生乙酸等副產(chǎn)物（2）對產(chǎn)物乙醇的耐受能力低，不利于積累高濃度乙醇。酵母優(yōu)點：（1）厭氧生產(chǎn)乙醇時，代謝副產(chǎn)物少，對乙醇的耐受能力高，有利于積累高濃度乙醇。（2）適合高密度培養(yǎng)。缺點：底物譜不夠?qū)?，常用的釀酒酵母以糧食為原料，高產(chǎn)乙醇但是不能利用木糖，也就不能利用自然界中大量存在的木質(zhì)纖維素。即使能發(fā)酵木糖也會產(chǎn)生副產(chǎn)物。遺傳改造有一定困難：把其它菌的木糖異構(gòu)酶基因?qū)氲结劸平湍?，比如E.coli和B.subtilis的木糖異構(gòu)酶基因，但都沒有成功，有一定難度。2、按自己的理解寫出代謝工程和合成生物學(xué)的