2025年大學(xué)《生物技術(shù)》專業(yè)題庫(kù)——代謝工程在微生物生產(chǎn)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填在括號(hào)內(nèi)）1.代謝工程的核心目標(biāo)是（）。A.研究微生物的遺傳變異規(guī)律B.探索新的生物反應(yīng)途徑C.通過(guò)基因操作等手段改變微生物的代謝特性以高效生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物D.研究酶的催化機(jī)制2.在代謝工程中，為了提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量，通常需要（）。A.降低代謝通量至目標(biāo)途徑B.提高所有代謝途徑的通量C.最大化中央碳代謝通量D.抑制或刪除與目標(biāo)產(chǎn)物合成無(wú)關(guān)或產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)性副產(chǎn)物的代謝途徑3.以下哪種技術(shù)不屬于代謝工程的常用策略？（）A.基因敲除（Geneknockout）B.基因過(guò)表達(dá)（Geneoverexpression）C.異源基因表達(dá)（Heterologousgeneexpression）D.質(zhì)粒DNA提取4.利用13C標(biāo)記技術(shù)研究代謝流的主要原理是（）。A.13C原子比12C原子更重，易于追蹤B.13C標(biāo)記的底物可以特異性地進(jìn)入某個(gè)代謝途徑C.13C標(biāo)記的放射性可以穿透組織D.13C標(biāo)記的酶具有特殊的催化活性5.代謝通路工程中，“刪除非必需途徑”策略的主要目的是（）。A.提高細(xì)胞能量水平B.減少代謝中間產(chǎn)物對(duì)目標(biāo)途徑的競(jìng)爭(zhēng)C.增加細(xì)胞對(duì)環(huán)境脅迫的抵抗力D.促進(jìn)次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成6.以下哪種微生物通常被用作生產(chǎn)乙醇的工業(yè)宿主？（）A.大腸桿菌B.釀酒酵母C.乳酸桿菌D.枯草芽孢桿菌7.在利用基因工程改造微生物時(shí)，選擇合適的載體至關(guān)重要，以下哪種載體常用于原核生物？（）A.病毒載體B.真核細(xì)胞病毒載體C.質(zhì)粒D.噬菌體8.代謝工程中，“引入新的代謝途徑”策略的主要目的是（）。A.替代原有的代謝途徑B.提供新的代謝中間產(chǎn)物或能量來(lái)源C.增加代謝途徑的復(fù)雜性D.提高細(xì)胞對(duì)特定底物的利用率9.代謝控制分析（MCA）主要用于（）。A.預(yù)測(cè)代謝途徑的演化方向B.定量分析酶促反應(yīng)速率對(duì)整個(gè)代謝網(wǎng)絡(luò)控制程度的貢獻(xiàn)C.確定代謝途徑中的關(guān)鍵酶D.評(píng)估不同基因敲除策略對(duì)代謝流的影響10.下列哪項(xiàng)不屬于代謝工程面臨的挑戰(zhàn)？（）A.目標(biāo)產(chǎn)物毒性B.代謝瓶頸難以突破C.宿主細(xì)胞對(duì)外部環(huán)境的耐受性有限D(zhuǎn).代謝途徑改造后的可逆性二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.代謝工程是生物化學(xué)工程與__________工程學(xué)的交叉學(xué)科。2.代謝流是指在代謝網(wǎng)絡(luò)中，單位時(shí)間內(nèi)沿著某個(gè)__________的底物或中間代謝物的轉(zhuǎn)移速率。3.通過(guò)改變微生物的__________或__________，可以調(diào)控其代謝活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)產(chǎn)物的生物合成。4.利用__________等技術(shù)，可以精確地修飾微生物基因組，是現(xiàn)代代謝工程的重要工具。5.代謝工程中，為了解除__________對(duì)目標(biāo)途徑的反饋抑制，常采用__________或__________策略。6.評(píng)估代謝工程改造效果的常用指標(biāo)包括目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)量、__________、__________和生產(chǎn)周期等。7.合成生物學(xué)為代謝工程提供了強(qiáng)大的理論工具和計(jì)算平臺(tái)，兩者相互__________、__________發(fā)展。三、名詞解釋（每題3分，共12分。請(qǐng)給出簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確的定義）1.代謝途徑工程（MetabolicPathwayEngineering）2.競(jìng)爭(zhēng)性抑制（CompetitiveInhibition）3.代謝負(fù)荷（MetabolicBurden）4.質(zhì)粒（Plasmid）四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題）1.簡(jiǎn)述代謝工程的基本原理。2.為了提高微生物生產(chǎn)目標(biāo)氨基酸的效率，可以采取哪些代謝工程策略？3.簡(jiǎn)述利用基因工程改造微生物宿主的基本步驟。4.代謝工程在生物基化學(xué)品生產(chǎn)中有哪些重要應(yīng)用？五、論述題（每題10分，共20分。請(qǐng)結(jié)合具體實(shí)例，深入分析和闡述下列問(wèn)題）1.以利用大腸桿菌生產(chǎn)L-乳酸為例，分析其代謝途徑的特點(diǎn)、存在的瓶頸以及主要的代謝工程改造策略。2.討論代謝工程與合成生物學(xué)在目標(biāo)產(chǎn)物生物合成中的應(yīng)用異同，并展望兩者的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。試卷答案一、選擇題1.C2.A3.D4.A5.B6.B7.C8.B9.B10.D二、填空題1.遺傳2.路徑3.基因組成分子4.CRISPR-Cas9基因編輯5.調(diào)控位點(diǎn)反饋抑制解除基因失活6.產(chǎn)率效率7.促進(jìn)相互依賴三、名詞解釋1.代謝途徑工程：通過(guò)基因操作、酶工程等手段，對(duì)微生物的特定代謝途徑進(jìn)行修飾、改造或構(gòu)建，以改變代謝流分布，提高目標(biāo)產(chǎn)物合成能力或賦予新的代謝功能。2.競(jìng)爭(zhēng)性抑制：抑制劑與底物競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合酶的活性位點(diǎn)，從而降低酶促反應(yīng)速率。只有當(dāng)抑制劑濃度遠(yuǎn)高于底物濃度時(shí)，抑制作用才顯著。3.代謝負(fù)荷：當(dāng)細(xì)胞內(nèi)某條代謝途徑被過(guò)度激活或改造后，該途徑及其上游和下游途徑的代謝活動(dòng)增強(qiáng)，導(dǎo)致大量代謝中間產(chǎn)物積累，可能對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和目標(biāo)產(chǎn)物合成產(chǎn)生不利影響的現(xiàn)象。4.質(zhì)粒：存在于細(xì)菌、酵母等微生物細(xì)胞質(zhì)中，獨(dú)立于染色體DNA存在的雙鏈環(huán)狀DNA分子，可攜帶遺傳信息，并可通過(guò)復(fù)制將自身傳遞給子代細(xì)胞。四、簡(jiǎn)答題1.代謝工程的基本原理是利用生物化學(xué)、分子生物學(xué)等手段，人為地干預(yù)微生物的遺傳性狀或生理功能，通過(guò)修飾、改造或優(yōu)化其代謝網(wǎng)絡(luò)，打破原有的代謝平衡，改變代謝流在各個(gè)途徑中的分布，使得細(xì)胞能夠更高效地合成目標(biāo)產(chǎn)物，或賦予細(xì)胞新的生物合成能力。2.提高目標(biāo)氨基酸生產(chǎn)效率的代謝工程策略包括：①刪除或抑制非必需的或與目標(biāo)氨基酸合成有競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的代謝途徑；②降低目標(biāo)氨基酸合成途徑中的反饋抑制；③過(guò)量表達(dá)目標(biāo)途徑中的關(guān)鍵限速酶；④引入高效的外源合成途徑或改造現(xiàn)有途徑；⑤優(yōu)化宿主細(xì)胞的環(huán)境條件（如底物濃度、溫度、pH等）。3.利用基因工程改造微生物宿主的基本步驟通常包括：①確定目標(biāo)性狀相關(guān)基因；②構(gòu)建表達(dá)載體（含目標(biāo)基因、啟動(dòng)子等調(diào)控元件）；③將表達(dá)載體轉(zhuǎn)化（或轉(zhuǎn)染）到宿主細(xì)胞中；④篩選成功導(dǎo)入并表達(dá)目標(biāo)性狀的轉(zhuǎn)化子；⑤對(duì)篩選到的菌株進(jìn)行鑒定、純化和發(fā)酵優(yōu)化。4.代謝工程在生物基化學(xué)品生產(chǎn)中有許多重要應(yīng)用，例如：①利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)乳酸及其衍生物，用于食品、包裝材料等；②生產(chǎn)乙醇，用作生物燃料或工業(yè)溶劑；③生產(chǎn)有機(jī)酸（如檸檬酸、乙酸）、氨基酸、維生素等，用作食品添加劑、醫(yī)藥中間體或飼料原料；④生產(chǎn)平臺(tái)化合物（如丙二醇、琥珀酸），用于合成其他高附加值化學(xué)品；⑤生產(chǎn)生物聚合物（如聚羥基脂肪酸酯PHA），用作可降解塑料。五、論述題1.利用大腸桿菌生產(chǎn)L-乳酸的代謝途徑特點(diǎn)：L-乳酸是大腸桿菌中央碳代謝（糖酵解、三羧酸循環(huán)）和丙酮酸脫氫復(fù)合物（PDH）分支途徑的中間代謝產(chǎn)物。其合成主要通過(guò)乳酸脫氫酶（LDH）催化丙酮酸還原而來(lái)。天然菌株中存在L-乳酸脫氫酶（產(chǎn)生L-乳酸）和D-乳酸脫氫酶（產(chǎn)生D-乳酸），且受代謝調(diào)控。存在的瓶頸：①底物葡萄糖的消耗導(dǎo)致代謝流向L-乳酸的通量受限；②PDH復(fù)合物是糖酵解和TCA循環(huán)的關(guān)鍵調(diào)控點(diǎn)，其活性影響丙酮酸的供應(yīng)；③天然菌株中L-乳酸和D-乳酸的合成比例不理想，且可能存在反饋抑制；④高濃度的L-乳酸對(duì)菌株自身有毒性。主要的代謝工程改造策略：①過(guò)表達(dá)高活性、高選擇性的L-乳酸脫氫酶，并降低或敲除D-乳酸脫氫酶；②增強(qiáng)糖酵解通量，如過(guò)表達(dá)己糖激酶、磷酸果糖激酶等；③解除或減弱PDH對(duì)糖酵解的反饋抑制；④降低L-乳酸的毒性，如增強(qiáng)菌株的滲透壓調(diào)節(jié)能力；⑤篩選或改造耐高濃度L-乳酸的菌株；⑥構(gòu)建異源途徑繞過(guò)TCA循環(huán)直接生產(chǎn)L-乳酸（如引入木糖異構(gòu)酶和LDH到糖酵解途徑中）。2.代謝工程側(cè)重于利用現(xiàn)有微生物的代謝能力進(jìn)行改造和優(yōu)化，主要通過(guò)基因敲除、過(guò)表達(dá)等直接操作代謝途徑；合成生物學(xué)更強(qiáng)調(diào)從設(shè)計(jì)、構(gòu)建到測(cè)試新型生物系統(tǒng)，不僅包括代謝工程，還包括構(gòu)建全新的生物回路和器件，通常涉及更復(fù)雜的計(jì)算設(shè)計(jì)和多基因協(xié)同表達(dá)。兩者相互促進(jìn)，代謝工程的實(shí)踐為合成生物學(xué)提供了豐富的