微生物生产L_苏氨酸的代谢工程研究进展_董迅衍
Advances in Microbial Metabolic Engineering to
Increase L-Threonine Production
DONG Xunyan 1，2，
WANG Xiaoyuan *1，2
（1.State Key Laboratory of Food Science and Technology ，Jiangnan University ，Wuxi 214122，China ；2.School
of Biotechnology ，Jiangnan University ，Wuxi 214122，China ）
Abstract ：As an essential amino acid for mammals ，L-threonine has a wide application in the food ，feeds ，pharmaceutical and cosmetics industries.To date ，L-threonine is almost exclusively produced through microbial fermentation.Metabolic engineering provides an effective means to strain development and thus to enhancing the L-threonine production.In this article ，the pathway and regulation of L-threonine in the major industrial strains ，Corynebacterium glutamicum and Escherichia coli are summarized ，and advances on metabolic engineering to increase L-threonine production are reviewed.
Keywords ：L-threonine ，Corynebacterium glutamicum ，Escherichia coli ，metabolic engineering ，fermentation
摘要：L-苏氨酸作为一种必需氨基酸被广泛用于食品、饲料、医药及化妆品行业。目前L-苏氨酸主要通过微生物发酵法生产。代谢工程技术的应用为菌种选育开辟了有效途径，使在现有高产基础上进一步提高氨基酸的产量成为可能。作者对两大氨基酸生产菌———
大肠杆菌和谷氨酸棒杆菌中的L-苏氨酸生物合成相关途径、代谢调控机理以及运用代谢工程技术提高L-苏氨酸产量所取得的成果进行了系统综述。
关键词：L-苏氨酸；谷氨酸棒杆菌；大肠杆菌；代谢工程；发酵中图分类号：Q 933
文献标志码：A
文章编号：1673—1689（2016）12—1233—08
微生物生产L-苏氨酸的代谢工程研究进展
董迅衍1，2，王小元*1，2
（1.食品科学与技术国家重点实验室，江南大学，江苏无锡214122；2.江南大学生物工程学院，江苏无锡
214122）
收稿日期：2016-07-08
基金项目：国家973计划项目（2012CB725202）；国家自然科学基金项目（NSFC31370131）；江南大学博士科研基金项目（JUDCF11025）。作者简介：董迅衍（1986—），女，江苏无锡人，发酵工程博士研究生，主要从事氨基酸生产菌株代谢工程方面的研究。
Email ：xunyandong@https://www.wendangku.net/doc/2a5927363.html,
*通信作者：王小元（1965—），男，山西垣曲人，工学博士，教授，博士研究生导师，主要从事工业微生物代谢工程方面的研究。
E-mail ：xwang@https://www.wendangku.net/doc/2a5927363.html,
氨基酸发酵产业规模在过去10年中整整扩大了一倍，目前达到了500万t/年。大肠肝菌
（Escherichia coli）和谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）及其亚种是发酵法生产氨基酸的主力军。其中，由微生物发酵法生产、年产量排名前三的分别是L-谷氨酸（220万t）、L-赖氨酸（195万t）和L-苏氨酸（33万t）[1-2]。如图1所示，由1993年的0.4万t/年到2014年的330万t/年，L-苏氨酸的世界年产量提高了82倍。目前，全球L-苏氨酸以每年超20%的增长率高速增长，这主要是因为L-苏氨酸在饲料添加剂行业的需求量增长迅速。近年来的研究表明，作为8种必需氨基酸之一，L-苏氨酸是猪饲料的第二限制氨基酸和家禽饲料的第三限制氨基酸。以添加了苏氨酸的低蛋白配方饲料作为家禽日粮，不但降低了饲喂成本，还有利于家禽吸收，可促进家禽的生长[3]。除了可以缓解天然蛋白质的匮乏，家禽饲料营养配比合理还可以有效减少动物氨的排放，从而减少环境污染，有利于社会的可持续发展。此外，L-苏氨酸在食品、医药和化妆品等领域的用量也呈长期稳定增长趋势。在食品领域，L-苏氨酸是各类氨基酸保健饮品的配方成分，也是重要的食品强化剂，可以与其他氨基酸共用起到抗氧化的作用，还可以与葡萄糖共热产生焦香味。在医药领域，L-苏氨酸有促进人体生长发育、促进骨髓T淋巴细胞前体分化发育成为成熟T淋巴细胞和抗脂肪肝的药用疗效，因此在临床方面有着广泛的应用。此外，L-苏氨酸还是制造高效低过敏的抗生素单酰胺菌素等药物的中间体。在化妆品领域，L-苏氨酸的分子具有羟基结构，因此可用作保湿剂[4]。
图1L-苏氨酸世界年产量
Fig.1L-threonine world annual yield
L-苏氨酸的生物合成以TCA循环中间代谢物草酰乙酸为前体。底物葡萄糖代谢经过糖酵解途径、磷酸戊糖途径、TCA循环及C3-C4回补途径等中心代谢途径，由草酰乙酸经天冬氨酸转氨酶催化生成L-天冬氨酸，即进入L-苏氨酸合成途径，见图2。此转氨反应中，由L-谷氨酸提供氨基基团。其中，C3-C4回补途径是指在磷酸烯醇式丙酮酸-丙酮酸-草酰乙酸节点处发生的C3化合物的羧化反应以及C4化合物的脱羧反应。由磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）和丙酮酸羧化酶（PC）分别催化的磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸的羧化反应，直接生成草酰乙酸；而由磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PEPCK）催化的草酰乙酸和苹果酸的脱羧反应，则直接消耗掉草酰乙酸。在E.coli和C.glutamicum中，PEPC、PEPCK和PC均分别由ppc、pck和pyc基因编码[5]。
由L-天冬氨酸起，L-苏氨酸途径包含5步酶催化反应：1）天冬氨酸激酶（AK），催化L-天冬氨酸γ-羧基磷酸化生成磷酰天冬氨酸；2）天冬氨酸半醛脱氢酶（ASD）以NADPH为还原力，催化磷酰天冬氨酸还原生成天冬氨酸半醛；3）高丝氨酸脱氢酶（HD）以NADPH为还原力，催化天冬氨酸半醛脱羧生成L-高丝氨酸；4）高丝氨酸激酶（HK），催化L-高丝氨酸磷酸化，生成磷酰高丝氨酸；5）苏氨酸合酶（TS）催化磷酰高丝氨酸脱磷酸基团，生成L-苏氨酸。在E.coli中，AK有三种同工酶，分别为AKI、AKII和AKIII[14-15]；HD有两种同工酶，分别为HDI 和HDII。AKI和HDI组成双功能酶，由thrA基因编码；AKII和HDII组成双功能酶，由metL基因编码[8]；单功能的AKIII则由lysC基因编码[17]。在3种EcAK中，EcAKI的蛋白质丰度最高，而EcAKII的蛋白质丰度最低。EcASD、EcHK和EcTS则均为单一酶，分别由asd、thrB和thrC基因编码[18-19]。在C.glutamicum中，上述5种酶均不存在同工酶：AK 由lysC基因编码[10]；ASD由asd基因编码[9]；HD由hom基因编码[10]；HK由thrB基因编码[10]；TS由thrC 基因编码[10]。L-苏氨酸由胞内向胞外转运被认为是微生物发酵生产L-苏氨酸的限速步骤。在E.coli 中，有3种L-苏氨酸输出蛋白质：RhtA、RhtB和RhtC，分别由rhtA、rhtB和rhtC基因编码[11-12]。在C. glutamicum中，目前仅发现1种L-
苏氨酸输出蛋白
ThrE ，由thrE 基因编码[26-27]。
对于L-苏氨酸生物合成而言，碳流的浪费主要是由以下4条途径造成：1）其合成途径上的L-赖氨酸旁支路途径；2）L-甲硫氨酸旁支路途径；3）其合成后在胞内被降解为甘氨酸；4）用于合成L-异亮氨酸。L-赖氨酸旁支路途径在E.coli 和C.glutamicum 中都是由dapA 基因编码的二氢吡啶二羧酸合酶（DDPS ）催化起始[15]。L-甲硫氨酸旁支路途径在E.coli 中则由metA 基因编码的琥珀酰基转移酶（SCT ）催化起始[16]；在C.glutamicum 中则由metX 基因编码的乙酰基转移酶（ACT ）催化起始。需要特别
说明的是，在C.glutamicum 中，分别存在2条L-赖氨酸合成途径（split pathway ，在二氢吡啶二羧酸节点处分裂成两条途径）[17]和2条L-甲硫氨酸合成途径（在氧乙酰高丝氨酸节点处分裂成两条途径）[18]。
L-苏氨酸降解成甘氨酸的途径L-苏氨酸降解生成甘氨酸的途径在E.coli 中有两条，分别由tdh 基因[19]编码的苏氨酸脱氢酶（TDH ）和ltaE 基因[20]编码的苏氨酸醛缩酶（TA ）催化起始；而在C.glutamicum 中目前只发现了一条，是由glyA 基因编码的丝氨酸羟甲基转移酶（SHMT ）催化一步生成
。
红色字体代表E.coli 中的基因和酶;绿色字体代表C.glutamicum 中的基因和酶
图2
L-苏氨酸生物合成途径
Fig.2Biosynthesis pathway of L-threonine
在E.coli中，L-苏氨酸合成途径上所有基因的转录都受终端产物的反馈阻遏调控：thrA、thrB和thrC基因的转录受L-苏氨酸和L-异亮氨酸协同反馈阻遏调控；metL基因的转录受L-甲硫氨酸反馈阻遏调控；lysC基因的转录受L-赖氨酸反馈阻遏调控；asd基因的转录受L-赖氨酸、L-苏氨酸和L-甲硫氨酸共价反馈阻遏调控[21]。其中，thrA、thrB和thrC基因在染色体上组成thrABC操纵子[22]。在thrA 基因可读编码框上游存在一段178bp长度的前导序列thrL。L-苏氨酸和L-异亮氨酸对这三个基因的转录调控由thrL介导的转录衰减机制实现。在thrA 基因上游37个碱基位点处插入一个G碱基可解除该转录衰减调控[23-24]。L-赖氨酸对lysC基因转录的调控则由其上游的前导序列介导的翻译衰减机制实现[25]。而在酶活水平上，EcAKI-EcHDI、EcAKIII、EcHK受终端产物反馈抑制调节。EcAKI的活性受L-苏氨酸不完全反馈抑制调节。L-苏氨酸既可通过改变EcAKI的构象，又可通过与底物L-天冬氨酸竞争结合位点抑制其活性。EcHDI的活性同样也受L-苏氨酸不完全反馈抑制调节，但抑制机制为非竞争性[6]。L-赖氨酸可以通过改变EcAKIII的构象而完全抑制其活性[26-27]。定点突变T344M、S345L及T352I均可部分解除EcAKIII受L-赖氨酸的抑制[27]。EcHK受反馈抑制情况较为复杂。它不但受终端产物L-苏氨酸的竞争性反馈抑制及L-赖氨酸的非竞争性反馈抑制，还受底物L-高丝氨酸（浓度高于1mmol/L时）和ATP（浓度高于3mmol/L时）的抑制调节[6]。
在C.glutamicum中，L-苏氨酸合成途径上只有hom和thrB两个基因的转录受L-甲硫氨酸反馈阻遏调节。这两个基因在染色体上按5’hom-thrB3’方向组成一个操纵子。该操纵子5’端上游有一长串反向重复序列，预示存在衰减子作用，与hom和thrB的转录受L-甲硫氨酸反馈阻遏调节有关[28]。而在酶活水平上，CgAK、CgHD和CgHK三个酶的活性受终端产物的反馈抑制调节。CgAK是变构调节酶，其活性受终产物L-苏氨酸和L-赖氨酸的协同反馈抑制调节。多个CgAK编码基因上的突变位点均可完全解除该反馈抑制[29]。CgHD的活性受L-苏氨酸反馈抑制调节。L-苏氨酸的结合单元位于CgHD的C-端[30]。2mmol/L L-苏氨酸即可完全抑制野生型CgHD的活性。Dieter等通过对hom基因进行G1133A单碱基突变得到的CgHDG378E突变体在25mmol/L L-苏氨酸存在时完全不受抑制；且半抑制L-苏氨酸浓度高达100mmol/L[31]。CgHK的活性略受L-苏氨酸反馈抑制调节。酶学动力学实验结果表明，L-苏氨酸对此酶的抑制作用系竞争性抑制：随着其底物L-高丝氨酸浓度提高，受抑制程度降低。野生型CgHK的半抑制L-苏氨酸浓度为25 mmol/L[32]。基于竞争性抑制机制——
—底物与抑制物结合位点为同一个，抑制的解除不能通过改变酶蛋白结构来实现，而只能依靠提高底物L-高丝氨酸的浓度来缓解[33]。
L-苏氨酸生产菌构建过程中采用的代谢工程策略主要有：1）高效表达合成途径关键酶基因，以提高合成途径碳流量；2）削弱竞争支路的碳流量，以聚拢碳流，同时减少副产物的合成；3）削弱L-苏氨酸的胞内降解；4）加快L-苏氨酸向胞外分泌，以减少L-苏氨酸的胞内降解及避免胞内产物浓度积累过高而抑制关键酶的催化活性。
3.1加强L-苏氨酸合成途径关键基因的表达
高效表达合成途径关键酶的编码基因，尤其是抗反馈抑制的突变体基因，可以有效地提高L-苏氨酸产量。在E.coli中，高效表达thrABC操纵子是最常用的策略。Livshits等[11]在L-苏氨酸生产菌E.coli MG442中通过用质粒载体表达带有突变位点的thrA442BC操纵子，将L-苏氨酸产量由8g/L提高到18.4g/L。张雪等在野生型菌株E.coli W3110中通过用高拷贝质粒载体pMD19-T表达thrA345BC操纵子实现了9.2g/L L-苏氨酸胞外积累[34]。在C.glutamicum中，高效表达lysC，hom和thrB这三个关键基因被证实对提高L-苏氨酸合成有利。Eikmanns等[35]在C.glutamicum DM368-3（AEC r，AHV r）中通过采用质粒载体高效表达homr-thrB操纵子，将L-苏氨酸产量由6.3mmol/L提高至14.1 mmol/L。Colon等[32]通过在L-赖氨酸生产菌https://www.wendangku.net/doc/2a5927363.html,ctofermentum ATCC21799（AEC r）中用质粒载体组成型高效表达hom r，同时诱导型高效表达thrB，实现L-苏氨酸胞外积累达11.8g/L，而原产物L-赖氨酸的产量由22.0g/L降至0.8g/L
。
3.2加强L-苏氨酸向胞外分泌
当L-苏氨酸积累达到一定浓度时，其由胞内向胞外的转运成为生产的限速步骤。高浓度的胞内L-苏氨酸积累会抑制合成途径关键酶的催化活性，增加降解代谢产物的合成，甚至抑制细胞生长。因此，加强L-苏氨酸向胞外分泌是非常有效的代谢工程策略。Kruse等[12]在E.coli MG422中通过用质粒载体分别表达内源的rhtB、rhtC和来自C.glutamicum 的thrE，将L-苏氨酸产量分别提高了1.4倍、2倍和2.9倍。Livshits等[11]在E.coli MG422（pAYC32-thrA r BC）菌株中通过对染色体上rhtA基因起始密码子上游1个碱基进行G→A替换突变以加强其转录，将L-苏氨酸产量由18.4g/L提高到36.3g/L。Simic等[36]通过在L-苏氨酸生产菌C.glutamicum DR-17中用质粒载体表达内源的thrE基因，将L-苏氨酸产量由5.8g/L提高到了8.1g/L。Diesveld等[37]通过在C.glutamicum DM368-3（AECr，AHV r）中用质粒载体异源表达来自E.coli的rhtC基因，将L-苏氨酸产量由0.9g/L提高到了3.7g/L，并将副产物甘氨酸的产量由1.1g/L降低至0.15g/L。
3.3削弱L-苏氨酸在胞内的消耗
L-苏氨酸发酵生产的过程中主要产生的副产物有L-甘氨酸、L-异亮氨酸和L-赖氨酸，其中前两者为L-苏氨酸胞内降解代谢产物。由于转运蛋白和降解代谢途径之间相互竞争共同底物L-苏氨酸，因此，减少胞内消耗损失可提高L-苏氨酸产量，还可以减少副产物的产生，从而降低下游提取成本。Lee 等[38]在一株E.coli L-苏氨酸生产菌中通过对染色体上ilvA基因进行C290T突变以降低其编码的TD 的催化活性，并通过敲除染色体上的tdh基因以减少L-苏氨酸胞内消耗。Diesveld等[24]在C. glutamicum DM1800-T中通过对染色体上ilvA基因进行定点突变使其编码的TD失活，将L-苏氨酸产量由2.5g/L提高到4g/L。
3.4系统代谢工程
系统代谢工程技术的应用给L-苏氨酸生产菌的构建带来了突破性的进展。通过系统代谢工程改造，研究人员成功构建出了几株E.coli L-苏氨酸高产菌株。最典型的案例是由Lee等[72]从野生型的E.coli W3110构建出高产L-苏氨酸的TH28C （pBRThrABCR3）。他们首先将E.coli W3110染色体上的lacI基因敲除，使一些强启动子如P tac和P trc 可以进行组成型转录。其次，通过三步改造来加强L-苏氨酸合成途径：1）对染色体上thrA和lysC基因分别进行C1034T和C1055T定点突变，以解除AKI和AKIII的反馈抑制调节；2）将染色体上thrABC操纵子的启动子替换成Ptac启动子，以解除反馈阻遏调节；3）将解反馈抑制的thrABC操纵子放到质粒载体上过表达。接着，通过削弱竞争支路途径及L-苏氨酸降解代谢途径来减少副产物并聚拢碳流：1）敲除染色体上的lysA基因（编码L-赖氨酸合成途径上最后一个酶）以阻断L-赖氨酸的合成；2）敲除染色体上的metX基因以阻断L-甲硫氨酸支路；3）敲除染色体上的tdh基因减少L-苏氨酸向甘氨酸的转化；4）通过对染色体上ilvA基因进行C290T突变以降低TD的催化活性，从而减少L-苏氨酸向L-异亮氨酸的转化。随后，通过加强前体草酰乙酸的供应来提高L-苏氨酸产量：1）将染色体上ppc基因的启动子替换成P trc启动子以加强其转录；2）敲除染色体上编码异柠檬酸裂合酶和苹果酸合酶的阻遏蛋白的iclR基因，以加强乙醛酸循环。再者，通过敲除L-苏氨酸吸收转运蛋白基因tdcC以及用质粒载体过表达rhtA、rhtB和rhtC基因来加强L-苏氨酸的分泌。最后，通过将染色体上乙酰辅酶A合酶编码基因acs的启动子替换成P trc启动子以加强其转录，从而减少乙酸的积累。最终构建得到的菌株TH28C（pBRThrABCR3）在罐上分批补料发酵50h可生产82.4g/L L-苏氨酸。L-苏氨酸-葡萄糖转化率达到39.3%。并且不积累L-乳酸，仅积累2.35g/L乙酸，见图3。
另一个典型案例是Lee等[39]从基因组精简的E.coli MDS42出发构建出一株不含游离质粒的L-苏氨酸高产菌MDS-205。在MDS-205中，染色体上thrABC操纵子的启动子被P tac启动子替换，而lacI、tdh基因被敲除；L-苏氨酸吸收蛋白基因tdcC和sstT被突变型L-苏氨酸分泌蛋白基因rhtA23所替换。MDS-205在罐上发酵30h可生产40.1g/L L-苏氨酸，糖酸转化率达到39.3%。该菌最大的特点是细胞生长强劲，尤其适合高密度细胞培养，可缩短发酵周期。
随着市场需求量的不断加大，L-苏氨酸产业优化需要进一步提高产量、降低成本。我国L-
苏氨酸
红色代表E.coli菌株;绿色代表C.glutamicum菌株
图3L-苏氨酸生产菌的代谢工程优化
Fig.3Metabolic engineering of L-threonine production strains
生产起步较晚，21世纪初主要依靠进口，近几年虽然自主生产发展迅速，但是，我国饲料产业对L-苏氨酸的需求量进一步加大。随着人们保健意识的加强以及L-苏氨酸作为药物中间体等新价值的开发，L-苏氨酸在医药行业的应用越来越广。因此，构建L-苏氨酸高产菌对社会发展及国民经济具有重要意义。目前工业上发酵生产L-苏氨酸普遍采用E. coli菌株。其优点是生长迅速，发酵周期短，产量高。而在工业上产量排名前三（发酵法生产）的氨基酸中，除了L-苏氨酸，L-谷氨酸和L-赖氨酸均采用C. glutamicum发酵生产。C.glutamicum是非致病的格兰氏阳性菌，符合食品安全标准，不生芽孢，并且生长也较快，被普遍认为是氨基酸发酵生产的理想菌种。然而C.glutamicum的L-苏氨酸合成能力在过去20年中始终未获得突破性的提高——
—L-苏氨酸产量和糖酸转化率都远低于E.coli。作者所在团队从开发适用于C.glutamicum的分子操作工具（如基因表达和敲除载体）入手[40-43]，致力于C.glutamicum 的氨基酸代谢工程研究[44-47]，对C.glutamicum的L-苏氨酸合成能力仍在挖掘中[48-50]。目前微生物发酵生产L-苏氨酸的糖酸转化率仅为40%~50%，与理论最大转化率81%相比[38]，还有很大提升空间。运用代谢工程技术构建生产菌相对于传统育种的优点是可以大大缩短菌种选育的周期。此外，由于构建出的菌株遗传背景明确，后期发酵优化过程将可相应得到简化
。
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代谢工程在工业微生物育种中的应用
代谢工程在工业微生物育种中的应用 摘要：传统的诱变育种仍是目前发酵工业菌种选育中最常用的育种技术，以基因工程技术为主的多元化育种方式的发展，为代谢途径操作引入了全新的理念和方法，使代谢工程得以发展。代谢工程是对细胞代谢网络的代谢流量及代谢控制进行定量地、系统地分析，并通过DNA重组技术和相关的遗传学手段对微生物细胞进行代谢改造，提高其目的产物代谢量。本文论述了微生物代谢工程的理论基础及其在发酵工业微生物育种中的应用现状。 关键词：代谢工程；代谢途径；菌种选育 发酵工业自20世纪40年代发展至今，在青霉素等抗生素的发酵生产、赖氨酸等一系列氨基酸的发酵生产以及核苷酸、有机酸等物质的发酵产业发展中起了极其重要的作用。在工业微生物育种的过程中，对个别基因进行改造的经典基因工程技术不能保证对微生物代谢网络结构和功能的准确分析和高效利用，影响了相关行业的生产效率的稳定和经济效益的提高。目前，几乎所有重要工业微生物模式菌种的基因组全序列已经或即将公布，转录组、蛋白质组、代谢组、通量组等数据资源正在迅速扩展。充分利用组学数据中包含的有用信息，可以更有效地改造和控制细胞性能、提高底物利用以及产品的产率、改善微生物工业适应性，促进工业生物技术发展[1]。 菌种筛选和持续不断的改良贯彻于发酵生产过程的始终，以基因工程为核心的现代生物技术正越来越显示出其在菌种改良上的魅力，将最终成为微生物育种的主导技术[2]。建立在重组DNA技术基础之上的代谢工程技术，可以更容易地选择菌种的改良靶点，构建具有新的代谢途径的微生物细胞，提高其发酵性能，生产特定目的产物，从而可以推动发酵工业的发展。 一、代谢工程概述 代谢工程（Metabolic engineering），又称途径工程（Pathway engineering），是指利用生物学原理，系统地分析细胞代谢网络，并通过DNA重组技术合理设计细胞代谢途径，通过遗传修饰，完成细胞特性改造的应用性学科。1974年，Chakrabarty在假单胞菌属的两个菌种中分别引入几个稳定的重组质粒，从而提高了对樟脑和萘等复杂有机物的降解活性，这成为代谢工程技术的第一个应用实例。代谢工程的概念是1991年由生化工程专
微生物课后答案
绪论 3微生物是如何分类的？ 答为了识别和研究微生物，将各种微生物按其客观存在的生物属性（如个体形态及大小、染色反应、菌落特征、细胞结构，生理生化反应、与氧的关系、血清学反应等）及谈们的亲缘关系，有次序的分门别类排列成一个系统，从小到大按域、界、门、纲、目、科、属、种等分类。 6微生物有哪些特点？ 答、①个体极小：微生物的个体极小，有几纳米到几微米，，要通过光学显微镜才能看见，病毒小于0.2微米，在光学显微镜可视范围外，还需要通过电子显微镜才可看见。②分布广，种类繁多环境的多样性如极端高温、高盐度和极端pH造就了微生物的种类繁多和数量庞大。③繁殖快大多数微生物以裂殖的方式繁殖后代，在适宜的环境条件下，十几分钟至二十分钟就可繁殖一代。在物种竞争上取得优势，这是生存竞争的保证。④易变异多数微生物为单细胞，结构简单，整个细胞直接与环境接触，易受外界环境因素影响，引起遗传物质DNA的改变而发生变异。或者变异为优良菌种，或使菌种退化。 第一章 1病毒是一类怎样的微生物？他有什么特点？ 答病毒是没有细胞结构，专性寄生在活的敏感素主体内的超微笑微生物。它们只具有简单的独特结构，可通过细菌过滤器。特点：个体小、
没有合成蛋白质结构----核糖体、也没有合成细胞物质和繁殖所必需的酶系统，不具有独立代谢能力，必须专性寄生在活的敏感细胞内依靠宿主细胞和成病毒的化学组成和繁殖新个体。 3病毒具有怎样的化学组成和结构？ 答、病毒的化学组成由蛋白质和核酸，个体大的病毒还含有脂质和多糖。病毒没有细胞机构，确有其自身特有的结构。整个病毒体分两部分：蛋白质衣壳和核酸内芯，两者够成核衣壳。完整具有感染力的病毒体叫病毒粒子。病毒粒子有两种一种不具被膜（囊膜）的裸漏病毒粒子，另一种是在核衣壳外面有被膜包围所构成的病毒粒子。 4叙述大肠杆菌T系噬菌体的繁殖过程。 答、吸附、侵入、复制与聚集、释放。吸附：大肠杆菌T系噬菌体以及它的尾部末端吸附到敏感细胞表面上某一特定的化学成分。侵入：噬菌体的尾部借着尾丝的帮助固着在敏感细胞的细胞壁上，尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖形成小孔，尾鞘消耗ATP获得能量而收、、、、、、、、、、、、P18 5什么叫毒性噬菌体？什么叫温和噬菌体？ 答、噬菌体有毒性噬菌体和温和噬菌体两种类型，侵入宿主细胞后，随即引起宿主细胞裂解的噬菌体称作毒性噬菌体。维恩和噬菌体则是：当他侵入宿主细胞后，其核酸附着并整合在宿主染色体上，和宿主的核酸同步复制，宿主细胞不裂解而继续生长，这种不引起宿主细胞裂解的噬菌体称作温和噬菌体。 6什么叫溶原细胞（菌）？什么叫原噬菌体？
第五章-微生物代谢试题
第五章微生物代谢试题 一．选择题： https://www.wendangku.net/doc/2a5927363.html,ctobacillus是靠__________ 产能 A. 发酵 B. 呼吸 C. 光合作用 答:( ) 50781.50781.Anabaena是靠__________ 产能. A. 光合作用 B. 发酵 C. 呼吸 答:( ) 50782.50782.________是合成核酸的主体物。 A. 5----D 核糖 B. 5----D 木酮糖 C. 5----D 甘油醛 答:( ) 50783.50783.ATP 含有： A. 一个高能磷酸键 B. 二个高能磷酸键 C. 三个高能磷酸键 答:( ) 50784.50784.自然界中的大多数微生物是靠_________ 产能。 A. 发酵 B. 呼吸 C. 光合磷酸化 答:( ) 50785.50785.酶是一种__________ 的蛋白质 A. 多功能 B. 有催化活性 C. 结构复杂 答:( ) 50786.50786.在原核微生物细胞中单糖主要靠__________ 途径降解生成丙酮酸。 A. EMP B. HMP C. ED 答:( ) 50787.50787.参与脂肪酸生物合成的高能化合物是__________。 A.乙酰CoA B. GTP C. UTP 答:( ) 50788.50788.Pseudomonas是靠__________ 产能。 A. 光合磷酸化 B. 发酵 C. 呼吸 答:( ) 50789.50789.在下列微生物中__________ 能进行产氧的光合作用。 A. 链霉菌 B. 蓝细菌 C. 紫硫细菌 答: ( ) 50790.50790.合成环式氨基酸所需的赤藓糖来自__________。
代谢工程
代谢工程 科技名词定义 中文名称：代谢工程 英文名称：metabolic engineering 定义：通过基因工程的方法改变细胞的代谢途径。 所属学科：生物化学与分子生物学（一级学科）；新陈代谢（二级学科） 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 代谢工程书籍图 代谢工程（Metabolic engineering）是生物工程的一个新的分支。代谢工程把量化代谢流及其控制的工程分析方法和用以精确制订遗传修饰方案并付之实施的分子生物学综合技术结合起来，以上述“分析——综合”反复交替操作、螺旋式逼近目标的方式，在较广范围内改善细胞性能，以满足人类对生物的特定需求的生物工程。 目录
发展前沿 展开 编辑本段发展 为了满足人类对生物的特定需求而对微生物进行代谢途径操作，已有将近半个世纪的历史了。在氨基酸、抗生素、溶剂和维生素的发酵法生产中，都可以找到一些典型实例。操作的主要方法是，用化学诱变剂处理微生物，并用创造性的筛选技术来检出已获得优良性状的突变菌株。尽管这种方法已被广泛地接受并已取得好的效果，但对突变株的遗传和代谢性状的鉴定是很不够的，更何况诱变是随机的，科学不足技巧补！ DNA重组的分子生物学技术的开发把代谢操作引进了一个新的层面。遗传工程使我们有可能对代谢途径的指定酶反应进行精确的修饰，因此，有可能构建精心设计的遗传背景。DNA重组技术刚进入可行阶段不久，就出现了不少可用来说明这种技术在定向的途径修饰方面的潜在应用的术语。如分子育种（1981年），体外进化（1988年），微生物工程或代谢途径工程（1988~1991年），细胞工程（1991年）和代谢工程（1991年）。尽管不同的作者提出不完全相同的定义，这些定义均传达了与代谢工程的总目标和手段相似的含义。 我们曾经把代谢工程定义为，代谢工程就是用DNA重组技术修饰特定的生化反应或引进新的生化反应，直接改善产物的形成和细胞的性能的学科。这样定义代谢工程强调了代谢工程工作目标的确切性。也就是说，先要找到要进行修饰或要引进的目标生化反应，一旦找准了目标，就用已建立的分子生物学技术去扩增、去抑制或删除、去传递相应的基因或酶，或者解除对相应的基因或酶调节，而广义的DNA重组只是常规地应用于不同步骤中，以便于达到这些目标。 编辑本段优势与研究方向 优势 尽管在所有的菌种改良方案中都有某种定向的含义，但与随机诱变育种相比较，在代谢工程中工作计划的定向性更加集中更加有针对性。这定向性在酶的目标的选择，实验的设计，数据的分析上起着支配的作用。不能把细胞改良中的所谓“定向” 解释为合理的途径设计和修饰，因为“定向选择”与随机诱变之间没有直接关系。相反地我们可借助于“逆行的代谢工程”（reverse metabolic engineering）, 从随机诱变而获得的突变株及其性状的实验结果，来提取途径及其控制的判断信息（critical information）。 研究方向
微生物名词解释大全
微生物名词解释大全 名词解释 1.质粒、附加体、粘粒、抗药性质粒、Ｒｉ质粒、Ｔｉ质粒 2.酵母、真酵母、假酵母、假丝酵母、菌丝、菌丝体、真菌丝、假菌丝、匍匐菌丝、假根 3菌落、菌苔、菌膜、糖被、粘液层、菌胶团、Ｒ型菌落、Ｓ型菌落、小（微）菌落 4．λ噬菌体、P1噬菌体、T2噬菌体、φX174噬菌体、SV40 5.菌索、菌核、子座、子实体、吸器、菌网、菌套、附着胞、附着枝、哈氏网 6.单倍体型、双倍体型、单双倍体型 7.种、菌株、型、品系、群、亚种、小种 8.支原体、衣原体、菌质体、原生质体、中体（质体、中间体）、类菌质体、类菌体、类囊体、立克次氏体、Ｌ型细菌、疵壁菌、球状体、包涵体 9培养基、天然培养基、合成培养基、半合成培养基、加富培养基、基本培养基、完全培养基、选择培养基、鉴别培养基、补充培养基、纯培养物、混合培养物、二元培养物 10微生物、细菌、放线菌、兰细菌、螺旋体、原生动物、粘菌、地衣、极端微生物、悉生生物、光合细菌、螺旋藻、古细菌、蛭弧菌、真菌、霉菌、酵母菌、蕈子、不可培养微生物、大肠菌群、大肠杆菌 11异形胞、异核体、胞壁质、假胞壁质、质壁空间、周质 12寄生、腐生、兼性寄生（腐生） 13溶源化（细胞）、非溶源化（细胞） 14好氧、厌氧、兼性厌氧 17免疫、免疫原性、免疫反应性、抗原、完全抗原、半抗原、抗原决定基、血清型反应、沉淀反应、凝集反应、补体结合（固定） 18菌丝、菌丝体、基内菌丝、气生菌丝、孢子丝、假菌丝、菌褶、菌环、菌托、子实体 19营养缺陷型、野生型、原养型、生长因子、耐药性因子、转化因子 20外毒素、内毒素、类毒素、抗毒素、肉毒素、伴孢晶体、δ—内毒素、苏云金素、β—外毒素 21胞囊、芽孢、营养细胞、有性孢子、无性孢子、游动孢子、不动孢子、内生孢子、分生孢子、厚垣孢子、节孢子、孢囊孢子、芽孢子、分生节孢子、粉孢子、卵孢子、接合孢子、担孢子、子囊孢子、 22自养微生物、异养微生物、化能有机型、化能无机型、光能有机型、光能无机型 23被动扩散、助长扩散、主动运输、基团转移、胞吞、胞吐 24菌根、外生菌根、内生菌根、V-A菌根、豆白红蛋白、根瘤素、哈蒂氏网、根际效应25.LPS、ELISA、BT、EM、PGPR、LB、PHB、MPN 26膜套、内膜系统、壁膜间隙 27活的非可培养状态 28 16s rRNA分析法、三域(原界)学说 29 鞭毛、菌毛、性菌毛、纤毛 30外显子、内含子、转座子、插入序列 31生长、繁殖、分化、发育、产能代谢、耗能代谢、物质代谢、能量代谢、合成代谢、分解代谢、初生代谢、次生代谢 32同宗结合、异宗结合、锁状联合、有性繁殖、无性繁殖、有性杂交、准性生殖、有性孢子、无性孢子、子囊果、子囊壳、闭囊壳、子囊盘、子座、分生孢子器、分生孢子座、分生孢子盘 33基因、基因型、基因组、假基因、基因盒、基因文库、基因工程、基因沉默、基因敲除、
微生物代谢工程答案整理样本
1.微生物代谢工程定义、研究内容和研究手段。 定义: 经过某些特定生化反应的修饰来定向改进细胞的特性功能, 运用重组DNA技术来创造新的化合物。 研究内容: 生物合成相关代谢调控和代谢网络理论; 代谢流的定量分析; 代谢网络的重新设计; 中心代谢作用机理及相关代谢分析; 基因操作。 研究手段: 代谢工程综合了基因工程、微生物学、生化工程等领域的最新成果。因此, 在研究方法和技术方面主要有下列三大常见手段: (1)检测技术: 常规的化学和生物化学检测手段都可用于代谢工程的研究, 如物料平衡、同位素标记示踪法、酶促反应动力学分析法、光谱学法、生物传感器技术。 (2)分析技术: 采用化学计量学、分子反应动力学和化学工程学的研究方法并结计算机技术, 阐明细胞代谢网络的动态特征与控制机理, 如稳态法、扰动法、组合法和代谢网络优化等。 (3) 基因操作技术: 在代谢工程中, 代谢网络的操作实质上能够归结为基因水平上的操作: 涉及几乎所有的分子生物学和分子遗传学实验技术, 如基因和基因簇的克隆、表示、调控, DNA 的杂交检测与序列分析, 外源DNA 的转化, 基因的体内同源重组与敲除, 整合型重组DNA 在细胞内的稳定维持等。 2. 2.代谢改造思路和代谢设计原理。 代谢改造思路: 根据微生物的不同代谢特性, 常采用改变代谢流、扩展代谢途径和构建新的代谢途径三种方法。 (1)改变代谢途径的方法: 加速限速反应, 增加限速酶的表示量, 来提高产
物产率。改变分支代谢途径流向, 提高代谢分支点某一分支代谢途径酶活力, 使其在与其它的分支代谢途径的竞争中占据优势, 从而提高目的代谢产物的产量。 (2)扩展代谢途径的方法: 在宿主菌中克隆和表示特定外源基因, 从而延伸代谢途径, 以生产新的代谢产物和提高产率。扩展代谢途径还可使宿主菌能够利用自身的酶或酶系消耗原来不消耗的底物。 (3)转移或构建新的代谢途径: 经过转移代谢途径、构建新的代谢途径等方法来实现。 代谢设计原理: 现存代谢途径中改变增加目的产物代谢流: 增加限速酶编码基因的拷贝数; 强化关键基因的表示系统; 提高目标途径激活因子的合成速率; 灭活目标途径抑制因子的编码基因; 阻断与目标途径相竟争的代谢途径; 改变分支代谢途径流向; 构建代谢旁路; 改变能量代谢途径; 在现存途径中改变物流的性质: 利用酶对前体库分子结构的宽容性; 经过修饰酶分子以拓展底物识别范围; 在现存途径基础上扩展代谢途径: 在宿主菌中克隆、表示特定外源基因能够延伸代谢途径, 从而生产新的代谢产物、提高产率。 3. 微生物的基因操作技术有哪些? ( 举两例说明) 微生物的基因操作技术有: 核酸的凝胶电泳、核酸的分子杂交技术、DNA序列分析、基因的定点诱变、细菌的转化、利用DNA与蛋白质的相互作用进行核酸研究、PCR技术等。 基因定点突变(site-directed mutagenesis): 经过改变基因特定位点核苷酸序列来改变所编码的氨基酸序列, 用于研究氨基酸残基对蛋白质的结构、催
代谢组学的研究方法和研究流程
代谢组学的研究方法和研究流程分子微生物学１12３０0０0３林兵 随着人类基因组计划等重大科学项目的实施，基因组学、转录组学及蛋白质组学在研究人类生命科学的过程中发挥了重要的作用，与此同时, 代谢组学(ｍｅtaｂoloｍiｃs）在2０世纪90年代中期产生并迅速地发展起来，与基因组学、转录组学、蛋白质组学共同组成系统生物学。基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等各种组学0在生命科学领域中发挥了重要的作用，它们分别从调控生命过程的不同层面进行研究, 使人们能够从分子水平研究生命现象, 探讨生命的本质, 逐步系统地认识生命发展的规律.这些组学手段加上生物信息学, 成为系统生物学的重要组成部分。 代谢组学的出现和发展是必要的, 同时也是必须的。对于基因组学和蛋白质组学在生命科学研究中的缺点和不足, 代谢组学正好可以进行弥补。代谢组学研究的是生命个体对外源性物质（药物或毒物)的刺激、环境变化或遗传修饰所做出的所有代谢应答, 并且检测这种应答的全貌及其动态变化。代谢组学方法为生命科学的发展提供了有力的现代化实验技术手段, 同时也为新药临床前安全性评价与实践提供了新的技术支持与保障. 1 代谢组学的概念及发展 代谢组学最初是由英国帝国理工大学Ｊereｍｙ N ichｏｌson教授提出的，他认为代谢组学是将人体作为一个完整的系统，机体的生理病理过程作为一个动态的系统来研究, 并且将代谢组学定义为生物体对病理生理或基因修饰等刺激产生的代谢物质动态应答的定量测定。20０0年，德国马普所的Fｉeｈn等提出了代谢组学的概念，但是与Ｎ ichoｌs ｏn提出的代谢组学不同, 他是将代谢组学定位为一个静态的过程，也可以称为/代谢物组学, 即对限定条件下的特定生物样品中所有代谢产物的定性定量分析。同时Ｆieｈn还将代谢组学按照研究目的的不同分为4类: 代谢物靶标分析，代谢轮廓（谱)分析, 代谢组学，代谢指纹分析。现在代谢组学在国内外的研究都在迅速地发展, 科学家们对代谢组学这一概念也进行了完善, 作出了科学的定义: 代谢组学是对一个生物系统的细胞在给定时间和条件下所有小分子代谢物质的定性定量分析，从而定量描述生物内源性代谢物质的整体及其对内因和外因变化应答规律的科学。 与基因组学、转录组学、蛋白质组学相同, 代谢组学的主要研究思想是全局观点。与传统的代谢研究相比, 代谢组学融合了物理学、生物学及分析化学等多学科知识, 利用现代化的先进的仪器联用分析技术对机体在特定的条件下整个代谢产物谱的变化进行检测，并通过特殊的多元统计分析方法研究整体的生物学功能状况。由于代谢组学的研究对象是人体或动物体的所有代谢产物, 而这些代谢产物的产生都是由机体的内源性物质发生反应生成的，因此，代谢产物的变化也就揭示了内源性物质或是基因水平的变化，这使研究对象从微观的基因变为宏观的代谢物，宏观代谢表型的研究使得科学研究的对象范围缩小而且更加直观，易于理解, 这点也是代谢组学研究的优势之一. 代谢组学的优势主要包括：对机体损伤小，所得到的信息量大，相对于基因组学和蛋白质组学检测更加容易。由于代谢组学发展的时间较短, 并且由于代谢组学的分析对象是无偏向性的样品中所有的小分子物质，因此对分析手段的要求比较高, 在数据处理和模式识别上也不成熟，存在一些不足之处。同时生物体代谢物组变化快, 稳定性较难控制，当机体的生理和药理效应超敏时，受试物即使没有相关毒性，也可能引起明显的代谢变化，导致假阳性结果。 代谢组学应用领域大致可以分为以下7个方面：
我国在微生物代谢领域的研究现状及展望
我国在微生物代谢领域的研究现状及展望 发表时间：2012-06-18T14:33:59.827Z 来源：《赤子》2012年第8期供稿作者：李夏 [导读] 微生物代谢是指微生物吸收营养物质维持生命和增殖并降解基质的一系列化学反应过程，包括有机物的降解和微生物的增殖。 李夏（四川化工职业技术学院，四川泸州 646005） 摘要：微生物代谢是指微生物吸收营养物质维持生命和增殖并降解基质的一系列化学反应过程，包括有机物的降解和微生物的增殖。在分解代谢中，有机物在微生物作用下，发生氧化、放热和酶降解过程，使结构复杂的大分子降解；合成代谢中，微生物利用营养物及分解代谢中释放的能量，发生还原吸热及酶的合成过程，使微生物生长增殖。文章主要介绍我国在微生物代谢领域的研究现状及对未来的展望，为我们呈现了一个广阔的微生物代谢世界。 关键词：微生物代谢；分解代谢；合成代谢；研究现 前言 微生物在生长过程中机体内的复杂代谢过程是互相协调和高度有序的，并对外界环境的改变能够迅速做出反应。其原则是经济合理地利用和合成所需要的各种物质和能量，使细胞处于平衡生长状态。在实际生产中，往往需要高浓度的积累某一种代谢产物，而这个浓度又常常超过细胞正常生长和代谢所需的范围。因此要达到超量积累这种产物，提高生产效率，必须打破微生物原有的代谢调控系统，在适当的条件下，让微生物建立新的代谢方式，高浓度的积累人们所期望的产物[1]。 1 我国微生物代谢的研究现状 1.1 利用微生物代谢生产酶 工业上，曾由植物、动物和微生物生产酶。微生物的酶可以用发酵技术大量生产，是其最大的优点。而且与植物或动物相比，改进微生物的生产能力也方便得多。微生物的酶主要应用于食品及其有关工业中。酶的生产是受到微生物本身严格控制。为改进酶的生产能力可以改变这些控制，如在培养基中加入诱导物和采用菌株的诱变和筛选技术，以消除反馈阻遏作用。 1.2 利用微生物代谢产生的代谢产物生产目的物 在微生物对数生长期中，所产生的产物，主要是供给细胞生长的物质，入氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、脂类和碳水化合物等。这些产物称为初级代谢产物。利用发酵生产的许多初级代谢产物，具有重大的经济意义，我国现已可以根据微生物代谢调控的理论，通过改变发酵工艺条件如pH、温度、通气量、培养基组成和微生物遗传特性等，达到改变菌体代谢平衡，过量生产所需要产物的目的。 1.3 利用微生物代谢理论发展产生了代谢工程 代谢工程是指利用基因工程技术，定向的对细胞代谢途径进行修饰、改造，以改变微生物的代谢特征，并于微生物基因调控、代谢调控及生化工程相结合，构建新的代谢途径，生产新的代谢产物的工程技术领域。 1.4 改变微生物代谢途径生产目的物 改变代谢途径是指改变分支代谢的流向，阻断其他代谢产物的合成，以达到提高目的产物的目的。改变代谢途径有各种方法，如加速限速反应，改变分支代谢途径流向、构建代谢旁路、改变能量代谢途径等不同方法[1]。 1.5 利用微生物代谢进行发酵 数千年来由于科学技术进步缓慢，各种微生物工业也未能充分发展。直到20世纪中期才建立了一系列新的微生物工业。近几年来，由于微生物代谢工程的应用，发酵工业开始进入新的发展时期。发酵产品增长快、质量明显提高，在国民经济中起重要作用。 1.6 微生物代谢在环境方面的应用 微生物降解是环境中去除污染物的主要途径。深人了解污染物在微生物内的代谢途径，将有助于人们优化生物降解的条件，从而实现快速的生物修复。这些代谢中间体大都通过萃取、分析方法进行逐个研究，并借助专家经验拟合出代谢途径，其动力学过程亦很少触及。代谢组学方法的采用有可能改变这一现状[2]。 1.7 利用微生物代谢进行赖氨酸的生产 在许多微生物中，可用天冬氨酸作原料，通过分支代谢途径合成出赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸。赖氨酸在人类和动物营养上是一种十分重要的必须氨基酸，因此，在食品、医药和畜牧业上需求量很大。但在代谢过程中，一方面由于赖氨酸对天冬氨酸激酶有反馈抑制作用，另一方面，由于天冬氨酸除用于合成赖氨酸外，还要作为合成甲硫氨酸和苏氨酸的原料，因此，在正常细胞内，就难以累积较高浓度的赖氨酸。 为了解除正常的代谢调节以获得赖氨酸的高产菌株，工业上选育了谷氨酸棒杆菌的高丝氨酸缺陷型菌株作为赖氨酸的发酵菌种。由于它不能合成高丝氨酸脱氢酶，故不能合成高丝氨酸，也不能产生苏氨酸和甲硫氨酸，在补给适量高丝氨酸的条件下，可在含较高糖浓度和铵盐的培养基上，产生大量的赖氨酸[3]。 1.8 微生物代谢与分子生物学方法的结合 随着遗传学、分子生物学等方法的不断发展，人们越来越多地将这些方法运用到微生物的研究工作中。一些野生菌的合成能力或分泌能力有限，目前可通过人工诱变或构建高效的基因工程菌株等方法对其进行改造以扩大应用范围此外，现在许多细菌合成拮抗物质的基因已被克隆测序，为使植物获得微生物所具有的特殊功能，一种可能的方法是通过基因工程将目的基因导入植物体内，使植物直接表达活性物质[4]。 2 展望 2.1 微生物代谢在医药行业的展望 微生物在代谢过程中可分泌蛋白酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、淀粉酶等几十种胞外酶进入培养基，这些酶有的可以将药物成分分解转化，形成新的化合物，有的可水解植物细胞壁的纤维素、半纤维素、果胶质等，使细胞破裂，利于有效成分溶出。特别是采用一些酶作用于药用植物材料，使细胞壁及细胞间质中的纤维素、半纤维素等物质降解，使细胞破裂，细胞间隙增加，减小细胞壁、细胞间物质传递屏障、对有效成分从胞内向胞外扩散的阻力减少，可促进有效成分的吸收提高。 2.2 微生物代谢在生理生化、微生物遗传育种方面的展望 随着分子生物学理论与技术的飞速发展，尤其是基因组和后基因组时代的到来，传统上的生理学与遗传学的交叉融合越来越多，许多
《微生物》习题附答案
一．名词解释 1.巴氏消毒法： 2.致死温度： 3.同步生长： 4.生长限制因子 5.次生代谢物 6.温和噬菌体： 7.致死时间： 8.灭菌: 9.消毒与灭菌： 10．disinfection 消毒continuous culture 连续培养 11．纯培养： 二．填空 1．混菌法平板计数，在10-2稀释度的平板中平均有32个细菌菌落，每毫升原始牛奶中有个__________细菌. 2．__________是在10分钟内将悬液中的所有微生物都杀死的最低温度。 3．__________ 酶能消除超氧化物自由基的毒害。 4．厌氧菌可生长在__________的培养基中 5根据细菌的生长曲线可将细菌的生长分为__________，__________, _________和__________ 四个时期，作为研究材料应取__________时期细菌最合适。 6．氢离子浓度（pH）可影响到细胞质膜电荷和养料吸收，大多数细菌的最适生长pH值为__________ 。 7书写莫诺（Monod）经验公式：__________，其含义是表示______________ . 8巴氏消毒采取的条件为：___________。 9高压蒸汽灭菌采取的条件为：_____________________。 10设一种细菌在接种时的细胞浓度为100个/ml，经400min的培养，细胞浓度增至10亿个/ml，则该菌在该段时间内的G为__________ ；R为__________ ；n为__________ 。（注：1/lg2=3.322，整个培养过程都处于对数期） 11好氧的微生物需要较____________（高、低）的氧化还原电位。厌氧的微生物需要较_____________（高、低）的氧化还原电位。 12烘箱热空气灭菌法的操作条件是控制温度在__________ ，维持时间为__________ 。
代谢组学在医药领域的应用与进展
代谢组学在医药领域的应用与进展 一、学习指导 1.学习代谢组学的概念及内涵，掌握代谢组学的研究对象与分析方法。 2.熟悉代谢组学数据分析技术手段 3.了解代谢组学优势特点 4.了解代谢组学在医药领域的应用 5.了解代谢组学发展趋势 二、正文 基因组功能解析是后基因组时代生命科学研究的热点之一，由于基因功能的复杂性和生物系统的完整性，必然要从“整体”层面上来理解构成生物体系的各个模块功能。随着新的测量技术、高通量的分析方法、先进的信息科学和系统科学新理论的发展，加上生物学研究的深入和生物信息的大量积累，使得在系统水平上研究由分子生物学发现的组件所构成的生命体系成为可能[1]。系统生物学家们认为，将生命科学上升为“综合”科学的时机已经成熟，生命科学再次回到整合性研究的新高度，逐步由分子生物学时代进入到系统生物学时代[2]。系统生物学不同以往的实验生物学仅关注个别基因和蛋白质，它要研究所有基因、蛋白质，代谢物等组分间的所有相互关系，通过整合各组成成分的信息，以数学方法建立模型描述系统结构[3,4]。 （一）代谢组学的概念及内涵 代谢组学是继基因组学、转录组学和蛋白质组学之后，系统生物学的重要组成部分，也是目前组学领域研究的热点之一。代谢组学术语在国际上有两个英文名，即metabolomics 和metabonomics。Metabolomics是由德国的植物学家Fiehn等通过对植物代谢物研究提出来的，认为代谢组学（metabolomics）是定性和定量分析单个细胞或单一类型细胞的代谢调控和代谢流中所有低分子量代谢产物，从而监测机体或活细胞中化学变化的一门科学[5]。英国Nicholson研究小组从毒理学角度分析大鼠尿液成份时提出了代谢组学（Metabonomics）的概念，认为代谢组学是通过考察生物体系受扰动或刺激后（如某个特定基因变异或环境变化后），其代谢产物的变化或代谢产物随时间的变化来研究生物体系的代谢途径的一种技术[6]。国内的代谢组学研究小组基本用metabonomics一词来表示“代谢组学”。严格地说，代谢组学所研究的对象应该包括生物系统中所有的代谢产物。但由于实际分析手段的局限性，只对各种代谢路径底物和产物的小分子物质（MW<1Kd）进行测定和分析。 （二）代谢组学优势特点 代谢组学作为系统生物学的一个重要组成部分，代谢组可以更好地反映体系表型生物机体是一个动态的、多因素综合调控的复杂体系，在从基因到性状的生物信息传递链中，机体需通过不断调节自身复杂的代谢网络来维持系统内部以及与外界环境的正常动态平衡[7]。
微生物第五章34页word
高中生物竞赛 辅导讲义 第五章微生物的营养和培养基 营养（或营养作用，nutrition）是指生物体从外部环境摄取其生命活动所必需的能量和物质，以满足其生长和繁殖需要的一种生理功能。所以，营养为一切生命活动提供了必需的物质基础，它是一切生命活动的起点。有了营养，才可以进一步进行代谢、生长和繁殖，并可能为人们提供种种有益的代谢产物。 营养物（或营养，nutrient）则指具有营养功能的物质，在微生物学中，常常还包括光能这种非物质形式的能源在内。微生物的营养物可为它们正常生命活动提供结构物质、能量、代谢调节物质和良好的生理环境。 熟悉微生物的营养知识，是研究和利用微生物的必要基础，有了营养理论，就能更自觉和有目的地选用或设计符合微生物生理要求或有利于生产实践应用的培养基。 第一节微生物的六种营养要素 微生物的培养基配方犹如人们的菜谱，新的种类是层出不穷的。仅据1930年M．Levine等人在《培养基汇编》（ACompilationofCultureMedia）一书中收集的资料，就已达2500种。直至今天，其数目至少也有数万种。作为一个微生物学工作者，一定要在这浩如烟海的培养基配方中去寻找其中的要素亦即内在的本质，才能掌握微生物的营养规律。这正像人们努力探索宇宙的要素、物质的要素和色彩的要素等那样重要。
现在知道，不论从元素水平还是从营养要素的水平来看，微生物的营养与摄食型的动物（包括人类）和光合自养型的植物非常相似，它们之间存在着“营养上的统一性”（表5-1）。具体地说，微生物有六种营养要素，即碳源、氮源、能源、生长因子、无机盐和水。 一、碳源 凡能提供微生物营养所需的碳元素（碳架）的营养源，称为碳源（carbonsource）。如把微生物作为一个整体来看，其可利用的碳源范围即碳源谱是极广的，这可从表5-2中看到。 从碳源谱的大类来看，有有机碳源与无机碳源两大类，凡必须利用有机碳源的微生物，就是为数众多的异养微生物，凡能利用无机碳源的微生物，则是自养微生物（见本章第二节）。表5-2中已把碳源在元素水平上归为七种类型，其中第五类的“C”是假设的，至少目前还未发现单纯的碳元素也可作为微生物的碳源。从另外六类来看，说明微生物能利用的碳源类型大大超过了动物界或植物界所能利用的碳化合物。因而有人认为，任何高明的有机化学家，只要他将其新合成的产品投放到自然界，在那里早就有相应的能破坏、利用它的微生物在等待着了。据报道，至今人类已发现的有机物已超过700万种，由此可见，微生物的碳源谱该是多么广！ 微生物的碳源谱虽然很广，但对异养微生物来说，其最适碳源则是“C ?H?D”型。其中，糖类是最广泛利用的碳源，其次是醇类、有机酸类和脂类等。在糖类中，单糖胜于双糖和多糖，已糖胜于戊糖，葡萄糖、果糖胜于甘露糖、半乳糖；在多糖中，淀粉明显地优于纤维素或几丁质等纯多糖，纯多糖则优于琼脂等杂多糖和其他聚合物（如木质素）。
微生物生产L_苏氨酸的代谢工程研究进展_董迅衍
Advances in Microbial Metabolic Engineering to Increase L-Threonine Production DONG Xunyan 1，2， WANG Xiaoyuan *1，2 （1.State Key Laboratory of Food Science and Technology ，Jiangnan University ，Wuxi 214122，China ；2.School of Biotechnology ，Jiangnan University ，Wuxi 214122，China ） Abstract ：As an essential amino acid for mammals ，L-threonine has a wide application in the food ，feeds ，pharmaceutical and cosmetics industries.To date ，L-threonine is almost exclusively produced through microbial fermentation.Metabolic engineering provides an effective means to strain development and thus to enhancing the L-threonine production.In this article ，the pathway and regulation of L-threonine in the major industrial strains ，Corynebacterium glutamicum and Escherichia coli are summarized ，and advances on metabolic engineering to increase L-threonine production are reviewed. Keywords ：L-threonine ，Corynebacterium glutamicum ，Escherichia coli ，metabolic engineering ，fermentation 摘要：L-苏氨酸作为一种必需氨基酸被广泛用于食品、饲料、医药及化妆品行业。目前L-苏氨酸主要通过微生物发酵法生产。代谢工程技术的应用为菌种选育开辟了有效途径，使在现有高产基础上进一步提高氨基酸的产量成为可能。作者对两大氨基酸生产菌——— 大肠杆菌和谷氨酸棒杆菌中的L-苏氨酸生物合成相关途径、代谢调控机理以及运用代谢工程技术提高L-苏氨酸产量所取得的成果进行了系统综述。 关键词：L-苏氨酸；谷氨酸棒杆菌；大肠杆菌；代谢工程；发酵中图分类号：Q 933 文献标志码：A 文章编号：1673—1689（2016）12—1233—08 微生物生产L-苏氨酸的代谢工程研究进展 董迅衍1，2，王小元*1，2 （1.食品科学与技术国家重点实验室，江南大学，江苏无锡214122；2.江南大学生物工程学院，江苏无锡 214122） 收稿日期：2016-07-08 基金项目：国家973计划项目（2012CB725202）；国家自然科学基金项目（NSFC31370131）；江南大学博士科研基金项目（JUDCF11025）。作者简介：董迅衍（1986—），女，江苏无锡人，发酵工程博士研究生，主要从事氨基酸生产菌株代谢工程方面的研究。 Email ：xunyandong@https://www.wendangku.net/doc/2a5927363.html, *通信作者：王小元（1965—），男，山西垣曲人，工学博士，教授，博士研究生导师，主要从事工业微生物代谢工程方面的研究。 E-mail ：xwang@https://www.wendangku.net/doc/2a5927363.html,
关于微生物名词解释
微生物名词解释1.自养微生物：一类以光能为能量的来源，以环境中的CO2为碳源，来合成有机物，并且储存能量的新陈代谢过 程。 2.微体：真核细胞中一种有单层膜包裹的，与溶酶体相似的小球形细胞器，主要含氧化酶和过氧化氢酶，又称过氧化物酶体，其功能是使细胞免受H2O2毒害，氧化分解脂肪酸等。 3.连续培养：又称开放培养，在培养微生物的过程中一方面以一定的流速连续流入新鲜培养液和通入无菌空气，另一方面以同样的流速溢流出培养物，使容器内的培养物达到指数期的平衡生长状态和恒定的生长速率的培养方式。 4.感受态因子：调节感受态的一类特异蛋白。它包括：膜相关DNA结合蛋白，细胞壁自溶素，几种核酸酶。 5.共同抗原：又称类属抗原，交叉反应抗原。为多种抗原系统所共有的抗原。 6.单细胞蛋白：人工培养的非致病性细菌、微型菌、真菌等微生物单细胞菌体。 7.紫膜：某些嗜盐菌上能进行光合作用的细胞膜，它细菌视紫红质和类脂组成，因颜色呈紫色，故称紫膜，紫膜可介导光合作用。 8.活性污泥：一种由活细菌、原生动物和其他微生物聚集在一起组成的絮凝团，在污水处理中具有很强的吸附、分解有机物或毒物的能力。 9.类毒素：用%%甲醛溶液对外毒素进行脱毒处理，可获得失去毒性但保留其免疫原形的生物制品。 10.Park核苷酸：即UDP-N-乙酰胞壁酸五肽。是原核生物合成细胞壁肽聚糖时，首先在细胞膜中由G合成NAG-UDP和NAM-UDP，然后由NAM-UDP连接5个氨基酸，即形成了Park核苷酸。 11.膜边体：又称须边体或质膜外泡，为许多真菌所特有。它是一种位于菌丝细胞四周的质膜与细胞壁间，由单层膜包裹的细胞器。 12.细菌虑沥：又称细菌浸出或细菌冶金。用化能自养细菌对矿物质中的硫或硫化物进行氧化，使它不断生产和再生酸性浸矿物剂，并让低品位矿石中的铜等形式不断溶解出来，然后采用电动序较低的铁等金属粉末来进行置换，以此获取铜等有色金属或稀有金属。 13.菌落：固体培养基上（内）以母细胞为中心的一对肉眼可见的，有一定形态、构造等特征的子细胞集团。 14.支原体：一类无细胞壁，介于独立生活与细胞内寄生生活间的最小型原核生物。 15.朊病毒：一类不含核酸的传染性蛋白分子，它能引起宿主体内现成的同类蛋白质分子发生与之相似的构象变化而使宿主致病。 16.培养基：由人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的混合营养料。 17.无氧呼吸：在无氧条件下进行的，底物按常规途径脱氢后经过部分呼吸链，最终由氧化态无机物或有机物受氢的一种产能效率较低的呼吸链。 18.Stickland反应：以一种氨基酸做底物脱氢，而已另一种氨基酸做氢受体而实现生物氧化产能的独特发酵类型。 19.光合细菌：利用光能和CO2维持自养生活的有色细菌，其光合驱动机制是循环光合磷酸化。 20.营养缺陷型：某一野生型菌株因发生基因突变而丧失合成一种或几种生长因子、碱基或氨基酸的能力，因而无法再在正常基本培养基上正常生长繁殖的变异类型。 21.转导：通过缺陷噬菌体的媒介，把供体细菌的小片段DNA携带到受体细胞中，通过交换与整合，使后者获得前者部分遗传性状的现象。 22.免疫应答：一类发生在活生物体内的特异性免疫的系列反应过程。抗原刺激机体，经过抗原特异性淋巴细胞对抗原的识别，使他们发生活化、增殖、分化等一系列变化，最终表现出相应的体液免疫和（或)细胞免疫效应。 23.菌株：又称品系。它表示任何由一个独立分离的单细胞（或单个病毒颗粒)繁殖而成的纯遗传型群体及其一切后代。 24.前噬菌体：温和噬菌体的基因整合到宿主基因组上的状态。如果提供适当条件打破保持前噬菌体状态的机制，噬菌体基因组即变为可增殖型而进行自主增殖，并使细胞裂解。 25.古生菌：在进化途径上很早就与真细菌和真核生物相互独立的生物类群，主要包括一些独特生态类型的原核生物。 26.磷壁酸：结合在G+细菌细胞壁上的一种酸性多糖，主要成分为磷壁酸和核糖磷酸。 27.基因移位：既需要特异载体蛋白参与，有需要获能，且运输前后物质分子结构发生明显变化的一种运输方式。 28.大肠菌群：包括大肠杆菌、产气肠杆菌和柠檬酸杆菌属等一些革兰氏阴性，无芽孢，能发酵乳糖，产酸产气的兼性厌氧杆菌。
微生物代谢工程
微生物代谢工程 1.代谢控制发酵 代谢控制发酵就是利用遗传学的方法或生物化学方法，人为地在DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢，使得目的产物大量的生成、积累的发酵。 代谢控制发酵的核心：解除微生物代谢控制机制，打破微生物正常的代谢调节，人为地控制微生物的代谢。 2.微生物代谢工程定义、研究内容和研究手段 定义：应用重组DNA技术和应用分析生物学相关的遗传学手段进行有精确目标的遗传操作，改变酶的功能或输送体系的功能，甚至产能系统的功能，以改进细胞某些方面的代谢活性的整套操作工作（包括代谢分析、代谢设计、遗传操作、目的代谢活性的实现）。简而言之，代谢工程是生物化学反应代谢网络有目的的修饰。 研究内容： (1)代谢流的定量和定向 (2)细胞对底物的吸收和产品的释放模型及分析 (3)研究胞内代谢物浓度的反应工程方法 (4)用13C标记实验进行胞内稳态流分析 研究手段 (1)采用遗传学手段的遗传操作 ①基因工程技术的应用。②常规诱变技术的应用。 (2)生物合成途径的代谢调控 ①生物合成中间产物的定量生物测定。②共合成法在生物合成中的应用。③酶的诱导合成和分解代谢产物阻遏。④无机磷对生物合成的调节。 (3)研究生物合成机制的常用方法 ①刺激实验法。②同位素示踪法。③洗涤菌丝悬浮法。④无细胞抽提法。⑤遗传特性诱变法。 3. 工业发酵的五字策略（图示加文字说明） ①进，在育种和发酵控制方面都要促进细胞对碳源营养物质的吸收； ②通，在育种方面解除对某些酶的反馈调节，在发酵控制方面，诱导这些酶的合成或激活这些酶，从而使来自各代谢物流（除碳架物流外海包括其他支持生物合成的物流）能够畅通的注入载流途径，汇入代谢主流，流向目的产物，特别是当发酵进入目的产物合成阶段后，必需确保载流路径通畅，代谢主流优势明显 ③节，采用育种或发酵控制手段，节制与目的产物的形成无关或关系不大的代谢支流，使碳架物质相对集中地流向目的产物。这里所谓的“节制”是指封闭或削弱以目的产物合成途径的起始底物或以中间产物为起始底物的分支途径； ④堵，采用育种或发酵手段消除或削弱目的产物进一步代谢的途径，包括目的产物参与的分解代谢和合成代谢，为了消除或削弱目的产物的进一步分解代谢，就必须降解目的产物进一步代谢的酶活力或酶量，甚至使这些酶不再合成或不起作用； ⑤出，促进目的产物向胞外空间分泌。在育种和发酵控制发面可通过调节细胞对目的产物的通透性，增加输送目的产物的载体蛋白的量，为目的产物输送代谢能的方法，使目的产物尽快转移出细胞。 4. 酶的阻遏机制，以大肠杆菌色氨酸或组氨酸操纵子为例来说明（图示加文字说明） 终端产物对其自身合成途径的酶的合成的反馈阻遏和弱化的机制反馈阻遏：
哈工大污染控制微生物学真题名词解释
哈工大历年真题总结 一、名词解释 1.共代谢： 2.双名法：由两个名字组成的命名方法，即一个物种的名字，是由它所属的属名后面 加上种名形容词所组成的（属名+种名） 3.菌落：将细菌接种在固体培养基中，由于单个细胞在局部大量繁殖，形成肉眼可见 的细菌群体，称为菌落 4.细菌的特殊结构：指部分细菌所具有的可变结构,包括：荚膜、鞭毛、芽孢 5.菌胶团：产生荚膜与粘液层的细菌，相互粘连在一起，形成具有一定形态的细菌集 团，具有共同的粘液层，内含许多细菌 6.中体：细菌细胞质中的主要膜状结构，由细胞膜以最大量的褶皱内陷而形成的层状、 管状或囊状物，常伸入细胞内 7.二次生长曲线：当大肠杆菌在含有葡萄糖和乳糖的液体培养基中生长时，大肠杆菌 首先利用葡萄糖而不利用乳糖，只有当葡萄糖被利用完后才开始利用乳糖，大肠杆 菌呈现二次生长现象 8.溶原性：温和噬菌体侵染细菌后并不立即使细菌发生裂解，而是将其核酸整合在细 菌染色质体的一定位置上，并与细菌的染色质体一道复制，随着细菌的分裂传给每 个子代细胞；含有温和噬菌体的细菌的这一特性称为溶原性 9.温和型噬菌体：当噬菌体侵染细菌后细菌不发生裂解而能继续生长繁殖，这种噬菌 体称为温和型噬菌体。含有这种温和性噬菌体的细胞称为溶源性细菌 10.裂解量：每个噬菌体增殖后释放出新的噬菌体的平均数称为裂解量 11.营养缺陷型：丧失合成一种或多种生长因子能力的微生物 12.生态位分离：是指在稳定的环境中，不同种群在同一生境长期共存时，必须有各自 不同的（实际）生态位，从而避免种群间长期而又激烈的竞争，并有利于每 个种群在生境内进行有序的和有效的生存。 13.生物修复：有毒有害的有机污染物不仅(由于工业废水的排放)存在于地表水中，而 且更广泛地存在于土壤、地下水和海洋中。利用生物特别是微生物催化降解有机污 染物，从而去除或消除环境污染的一个受控或自发进行的过程，称为生物修复 14.生长因子：些微生物不能从普通的碳源、氮源物质合成，而只有通过外源供给才能 满足机体生长需要的有机物质，称为生长因子 15.生态平衡：生态系统发展到成熟的阶段，它的结构和功能，包括生物种类的组成， 各个种群的数量比例以及能量的和物质的输入、输出都处于相对稳定的状态，这种 状态称为生态平衡 16.CoA: 具巯基的辅酶，作为酰基的载体 17.质粒：质粒是指独立于染色体外，存在于细胞质中，能自我复制，由共价闭合环状 双螺旋DNA分子所构成的遗传因子。其相对分子质量较细菌染色体小，每个菌体内 有一个或几个，也可能有很多个质粒 18.糖酵解：微生物在厌氧条件下，通过氧化还原反应（脱氢）将葡萄糖分解为丙酮酸， 并产生可供机体生长的能量的过程，称为糖酵途径 19.无氧呼吸：以NO3-、SO4-、CO3-等为最终电子受体的氧化还原过程 有氧呼吸：以氧气为最终电子受体的氧化还原过程 发酵：呼吸是指底物在氧化过程中脱下的氢或电子不是直接与中间代谢产物相偶联，