1/5一、名詞解釋：DNA技術(shù)和分析生物學(xué)相關(guān)的遺傳學(xué)手段進展有準確目標(biāo)的遺傳操作，轉(zhuǎn)變酶的功能或輸送體系的功能，甚至產(chǎn)能系統(tǒng)的功能，以改進細胞某些方面的代謝活性的整套操作工作〔包括代謝分析、代謝設(shè)計、遺傳操作、目的代謝活性的實現(xiàn)。代謝工程是生物化學(xué)反響代謝網(wǎng)絡(luò)有目的的修飾。它屬于基因工程的一個重要的分支。代謝把握發(fā)酵技術(shù)：利用遺傳學(xué)的方法或生物化學(xué)方法，人為地在DNA分子水平上轉(zhuǎn)變和把握微生物的代謝，使目的產(chǎn)物大量的生成、積存的發(fā)酵。生物技術(shù)：是應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)的原理，依靠微生物、動物、植物體作為反響器將物料進展加工以供給產(chǎn)品來為社會效勞的技術(shù)。〔〔代謝流的集散處點。在不同條件下，代謝流分布變化較大的節(jié)點稱為主節(jié)點。依據(jù)節(jié)點下游分支的可變程度，節(jié)點分為柔性、弱剛性、強剛性三種。柔性節(jié)點e：是節(jié)點的一種類型，是流量安排簡潔轉(zhuǎn)變并滿足代謝需求的一類節(jié)點〔物的反響抑制后，該分支的代謝流量分割率大大增加。強剛性節(jié)點：假設(shè)一個節(jié)點的一個或多個分支途徑的流量分割率受到嚴格把握，那么這類節(jié)點就稱為強剛性節(jié)點〔指由節(jié)點流向某一分支或某些分支的代謝流量分割率是難以轉(zhuǎn)變的，這是由產(chǎn)物的反響抑制及對另一分支酶的反式激活的相互作用所致〕弱剛性節(jié)點：假設(shè)一個節(jié)點的流量安排由它的某一分支途徑的分支動力學(xué)所把握，則稱該節(jié)點是弱剛性節(jié)點，介于柔性節(jié)點和強剛性節(jié)點之間。代謝流：定義為流入代謝物被途徑加工成流出代謝物的速率。途徑工程y：是一門利用分子生物學(xué)原理系統(tǒng)分析細胞代謝網(wǎng)絡(luò)，并通過DNA性學(xué)科。合成生物學(xué)：簡潔地說，合成生物學(xué)是通過設(shè)計和構(gòu)建自然界中不存在的人工生物系統(tǒng)來解決能源、材料、安康和環(huán)保等問題的一門興學(xué)科。底物：培育基中存在的化合物，能被細胞進一步代謝或直接構(gòu)成細胞組分。代謝產(chǎn)物：由細胞合成并分泌到細胞外培育基中的化合物，可以是初級代謝產(chǎn)物〔如二氧化碳、乙醇等，也可以是次級代謝產(chǎn)物或蛋白質(zhì)。胞內(nèi)代謝物re：細胞內(nèi)其它的化合物，包括不同代謝途徑的中間代謝物和用于大分子合成的構(gòu)造單元等。生物基質(zhì)要素：構(gòu)成生物基質(zhì)大分子池的一類物質(zhì)，包括RNA、DNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和碳水化合物等。途徑：是指催化總的代謝物的轉(zhuǎn)化、信息傳遞和其他細胞功能的酶促反響的集合。通量/物流：是指物質(zhì)或信息通過途徑被加工的速率，它與個別反響速率不同?！裁~解釋不全……〕二、問答題：代謝工程的根本原理:①涉及細胞物質(zhì)代謝規(guī)律及途徑組合的生物化學(xué)原理生化反響的分子機理；②涉及細胞代謝流及其把握分析的化學(xué)計量學(xué)、分子反響動力學(xué)、熱力學(xué)和把握學(xué)原理，這是代謝途徑修飾的理論依據(jù)；③等；④涉及基因操作與把握的分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)原理同時也供給了基因操作的一整套相關(guān)技術(shù)；⑤涉及細胞生理狀態(tài)平衡的細胞生理學(xué)原理，它為細胞代謝機能供給一個全景式的描述，因此是一個代謝速率和生理狀態(tài)表征爭論的抱負平臺；⑥涉及發(fā)酵或細胞培育的工藝和工程把握的生化工程和化學(xué)工程原理方法運用于生物系統(tǒng)的爭論無疑是最適宜的渠道綜合、定量、相關(guān)等概念。它為速率過程受限制的系統(tǒng)分析供給了獨特的工具和閱歷，因此在途徑工程領(lǐng)域中具有舉足輕重的意義；⑦更為寬闊的表演舞臺，是途徑工程的最大推動力。代謝工程操作過程：代謝工程操作至少應(yīng)包括以下三大根本過程。①靶點設(shè)計首先，依據(jù)化學(xué)動力學(xué)和計量學(xué)原理測定代謝網(wǎng)絡(luò)中的代謝流分布〔即代謝流分析中最重要的是細胞內(nèi)碳和氮元素的流向比例關(guān)系；其次，在代謝流分析的根底上調(diào)查其把握狀態(tài)、機制和影響因素〔即代謝把握分析；最終，依據(jù)代謝流分布和把握的分析結(jié)果確定代謝設(shè)計的合理靶點，通常包括擬修飾基因的靶點、擬導(dǎo)入途徑的靶點或者擬阻斷途徑的靶點等。②基因操作利用途徑工程戰(zhàn)略修飾改造細胞代謝網(wǎng)絡(luò)的核心是在分子水平上對靶基因或基因簇進展遺傳操作，其中最典型的形式包括基因或基因簇的克隆、表達、修飾、敲除、調(diào)控以及重組基因在目標(biāo)細胞染色體DNA術(shù)。③效果分析一次性的途徑工程設(shè)計和操作往往不能到達實際生產(chǎn)所要求的產(chǎn)量、速率或濃度，由于大局部試驗涉及到的只是與單一代謝途徑有關(guān)的基因、操縱子或基因簇的轉(zhuǎn)變。因此需要對途徑進展全面的效果分析。代謝工程常用技術(shù)：代謝工程的爭論技術(shù)主要包括以下三類：常規(guī)的化學(xué)和生物化學(xué)檢測手段都可用于代謝工程的爭論，包括同位素示蹤方、酶動力學(xué)分析方法、光譜學(xué)方法等。承受化學(xué)計量學(xué)、分子反響動力學(xué)和化學(xué)工程學(xué)的爭論方法并結(jié)合計算機技術(shù)，可以進一步說明細胞代謝途徑和代謝網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)特征與把握機理，同時確定關(guān)鍵靶點?？梢詺w結(jié)為基因水平上的操作，涉及到幾乎全部的分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)特地試驗技術(shù),如基因和基因簇的克隆、表達、調(diào)控；DNADNA的轉(zhuǎn)化；基因的體內(nèi)同源重組與敲除；整合型重組DNA在細胞內(nèi)的穩(wěn)定維持等。反響類型：依據(jù)參與細胞內(nèi)生化代謝系統(tǒng)的反響特點，可將生物體內(nèi)名目繁多的各類反響過程分成以下四大類。①裝配反響〔AssemblyReaction〕裝配反響完成大分子的修飾，將其運輸?shù)郊毎麅?nèi)的特定成。這類反響在工程應(yīng)用中涉及較少。②聚合反響〔PolymerizationReaction〕聚合反響完成的是從細胞內(nèi)的構(gòu)建單體〔BuildingBlocks〕向生物大分子的聚合過程。特點是聚合過程均為長鏈式的，中間并伴有分支反響的參與。③生物合成反響〔BiosynthesisReaction〕生物合成反響的最終產(chǎn)物是參與聚合反響的構(gòu)建單體，同時也合成一些輔酶及相關(guān)代謝因子〔包括信號分子。④產(chǎn)能反響〔FuelingReaction〕12種用于生物合成反響的前體物質(zhì)，并且伴隨著反響的進程會釋放大量的自由能，用于能量物質(zhì)ATP的合成?！?.在現(xiàn)存途徑中轉(zhuǎn)變目的產(chǎn)物的代謝流可以增加目的產(chǎn)物的積存,〕生物化學(xué)工程與生物技術(shù)上中下游關(guān)系:1、生物技術(shù)的上、中、下游過程生物反響器---作為生物反響過程的中心即中游加工---反響前與后的工序稱為上游加工和下游加工l 上游加工 最重要的是供給和制備高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和足夠數(shù)量的生物催化劑即應(yīng)用常規(guī)選育、基因工程、細胞工程和酶工程手段獲得優(yōu)良菌株、細胞系或固定化的菌體等下游加工 從反響液中提取目的產(chǎn)物加工精制成合格產(chǎn)品l中游加工 生物反響器為中心生物化學(xué)工程 包括中下游兩局部三、論述：定量分析涉及的理論和應(yīng)用工具：①代謝的化學(xué)原理〔如化學(xué)計量學(xué)、代謝動力學(xué)、化學(xué)反響工程等；②生物學(xué)原理〔如代謝調(diào)控機制、酶促反響動力學(xué)等；③功能基因組學(xué)、構(gòu)造基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、生物信息學(xué)；④分析化學(xué)工具〔GC/LC-MS、紫外光譜學(xué)、熒光光譜學(xué)等〕⑤數(shù)學(xué)和計算機技術(shù)〔如數(shù)學(xué)建模、圖論根底、應(yīng)用計算機軟件求解等〕代謝流量調(diào)控機制〔代謝流及其把握機制的三大根本步驟：①建立一種能盡可能多的觀看代謝網(wǎng)絡(luò)并測定其流量的方法。為了做到這一點，通常從測定細胞外代謝產(chǎn)物的濃度入手進展簡潔的物料平衡。由于一個代謝途徑的代謝流并不等于該途徑中一個或多個酶的活性能供給代謝網(wǎng)絡(luò)真正的代謝流信息，除非相應(yīng)的酶在體外分析條件下存在并具有活性。②在代謝網(wǎng)絡(luò)中施加一個的擾動，以確定在系統(tǒng)松散之后到達的穩(wěn)態(tài)時的代謝流。擾動往往能供給多個節(jié)點上的相關(guān)信息，具有重要意義。③要系統(tǒng)分析代謝流擾動的結(jié)果。假設(shè)某個代謝流的擾動對下游代謝流并未能造成可觀看的影響節(jié)點〔對上游的擾動〕是剛性的，相反則成為柔性的。代謝流平衡分析的作用：胞內(nèi)代謝流分布的定量測定代謝網(wǎng)絡(luò)節(jié)點〔分支點〕性質(zhì)的鑒定確定胞內(nèi)代謝途徑非測量性胞外物流的計算考察另一些途徑對物流分布的影響最大理論得率的計算保證明驗數(shù)據(jù)牢靠性和重現(xiàn)性的策略：建立簡潔的代謝模型，即所謂的黑箱模型，將胞內(nèi)反響看成是單一反響或者是整個細胞生物基質(zhì)的變化，以保證細胞內(nèi)外各元素之間的平衡〔物料衡算。進出細胞的流量。借助于生物化學(xué)爭論手段和分子反響動力學(xué)原理，精細調(diào)查底物轉(zhuǎn)化為生物基質(zhì)或代謝產(chǎn)物的反響機制，以求對生物化學(xué)反響直至代謝過程進展更微觀的描述。這種策略供給的數(shù)據(jù)要比黑箱模型更真實更形象高，同時還需要完備的數(shù)學(xué)學(xué)問對數(shù)據(jù)進展有效的分析與利用。5．網(wǎng)絡(luò)節(jié)點〔類型、特點、評估策略：在細胞代謝網(wǎng)絡(luò)中，兩個或多個不同途徑的分支集合點稱為節(jié)點。依據(jù)節(jié)點下游分支的可變程度，節(jié)點分為柔性、強剛性及弱剛性節(jié)點三類。柔性節(jié)點是節(jié)點的一種類型，是流量安排簡潔轉(zhuǎn)變并滿足代謝需求的一類節(jié)點。強剛性節(jié)點是節(jié)點的一種類型，是流量安排不簡潔轉(zhuǎn)變的一類節(jié)點。指由節(jié)點流向某一分支或某些分支的代謝流量分割率是難以轉(zhuǎn)變的抑制及對另一分支酶的反式激活的相互作用所致。弱剛性節(jié)點增加產(chǎn)物的產(chǎn)率。主要節(jié)點剛性的評估:一旦代謝網(wǎng)絡(luò)中與目標(biāo)產(chǎn)物生物合成有關(guān)的主要節(jié)點被識別進展評估。假設(shè)能獲得細胞生物化學(xué)代謝網(wǎng)絡(luò)圖表中全部具體的酶動力學(xué)表達式的代謝數(shù)學(xué)模型。借助該模型并結(jié)合代謝網(wǎng)絡(luò)或亞網(wǎng)絡(luò)的概念，可以對主要節(jié)點的剛性進展分析推斷。節(jié)點評估：首先測定網(wǎng)絡(luò)主要節(jié)點在穩(wěn)定狀態(tài)下的流量安排，然后對該系統(tǒng)施加一個有效的擾動，再以一樣的程序測定穩(wěn)定態(tài)下到達的流量安排信息。假設(shè)該節(jié)點處的流量安排能對干擾作出響應(yīng)并顯著轉(zhuǎn)變其方向和大小弱剛性的；反之，節(jié)點可能是強剛性的。只有在此根底上提出的代謝途徑轉(zhuǎn)變和操