2代謝工程的基本概念

1、2021-11-1421. 微生物細(xì)胞能為其自身提供代謝能微生物細(xì)胞能為其自身提供代謝能2. 細(xì)胞能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的組成細(xì)胞能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的組成3. 微生物代謝中的電子流和電子回路微生物代謝中的電子流和電子回路4. 生物氧化和輔酶的再生生物氧化和輔酶的再生5. 生化反應(yīng)途徑和代謝途徑生化反應(yīng)途徑和代謝途徑6. 生化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和代謝網(wǎng)絡(luò)生化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和代謝網(wǎng)絡(luò)7. 代謝網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)網(wǎng)問題代謝網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)網(wǎng)問題8. 代謝流和碳架物質(zhì)流代謝流和碳架物質(zhì)流9. 代謝主流代謝主流 26 個(gè)基本概念個(gè)基本概念2021-11-14310. 載流途徑與載流路徑載流途徑與載流路徑11. 代謝主流的變動(dòng)性和選擇性代謝主流的變動(dòng)性和

2、選擇性12. 理想載流途徑理想載流途徑13. 微生物生物工程的難題微生物生物工程的難題14. 代謝網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)及其剛性代謝網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)及其剛性 15. 工業(yè)發(fā)酵的五字策略工業(yè)發(fā)酵的五字策略16. 代謝網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)及其剛性代謝網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)及其剛性17. 代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性18. 微生物活細(xì)胞和細(xì)胞的經(jīng)濟(jì)性微生物活細(xì)胞和細(xì)胞的經(jīng)濟(jì)性 2021-11-14419. 正常代謝和競爭型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)正常代謝和競爭型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)20. 異常代謝和導(dǎo)向型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)異常代謝和導(dǎo)向型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)21. 細(xì)胞經(jīng)濟(jì)受到嚴(yán)格的制約細(xì)胞經(jīng)濟(jì)受到嚴(yán)格的制約 22. 信息流指導(dǎo)下的工業(yè)發(fā)酵信息流指導(dǎo)下的工業(yè)發(fā)酵23. 限制性遺傳信息之謎

3、限制性遺傳信息之謎24. 從發(fā)酵工程到微生物代謝工程從發(fā)酵工程到微生物代謝工程25. 微生物代謝工程微生物代謝工程26. 代謝流及其控制的分析代謝流及其控制的分析2021-11-145 1. 微生物細(xì)胞能為其自身提供代謝能微生物細(xì)胞能為其自身提供代謝能 微生物細(xì)胞的生存方式與動(dòng)物、植物等微生物細(xì)胞的生存方式與動(dòng)物、植物等高等生物的細(xì)胞不同，微生物細(xì)胞能高等生物的細(xì)胞不同，微生物細(xì)胞能獨(dú)立存在、獨(dú)立存在、自主生活自主生活。因此每個(gè)微生物細(xì)胞都具有能量轉(zhuǎn)。因此每個(gè)微生物細(xì)胞都具有能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)可把其它形式的能量轉(zhuǎn)換成換機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)可把其它形式的能量轉(zhuǎn)換成能被其自身直接使用的能量能被其自身

4、直接使用的能量(如如 atp、gtp 和和儲(chǔ)存在膜上的質(zhì)子運(yùn)動(dòng)勢儲(chǔ)存在膜上的質(zhì)子運(yùn)動(dòng)勢 p )，暫且把它們稱，暫且把它們稱為為代謝能代謝能。在代謝能的直接支撐下，活細(xì)胞才。在代謝能的直接支撐下，活細(xì)胞才能維持其高度有序的狀態(tài)。能維持其高度有序的狀態(tài)。2021-11-1462.細(xì)胞能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的組成細(xì)胞能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的組成 微生物細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括：需要代微生物細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括：需要代謝能來激活的代謝途徑的有關(guān)的謝能來激活的代謝途徑的有關(guān)的酶和這些酶酶和這些酶的輔酶的輔酶、原核微生物的細(xì)胞質(zhì)膜和真核微生、原核微生物的細(xì)胞質(zhì)膜和真核微生物線粒體的內(nèi)膜，以及這些膜上的物線粒體的內(nèi)膜，以及這些

5、膜上的電子傳遞電子傳遞鏈鏈和和atp酶酶，還有在能量代謝和主動(dòng)輸送中起，還有在能量代謝和主動(dòng)輸送中起輔助作用的有關(guān)輔助作用的有關(guān)載體系統(tǒng)載體系統(tǒng)。 2021-11-1473. 微生物細(xì)胞代謝的電子流和電子回路微生物細(xì)胞代謝的電子流和電子回路 工業(yè)發(fā)酵普遍使用的化能異養(yǎng)型微生物工業(yè)發(fā)酵普遍使用的化能異養(yǎng)型微生物靠生物氧化把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為可被微生物直接靠生物氧化把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為可被微生物直接利用的代謝能。微生物細(xì)胞的生物氧化過程利用的代謝能。微生物細(xì)胞的生物氧化過程必須借助于輔酶，并且其生物氧化過程和跨必須借助于輔酶，并且其生物氧化過程和跨膜的主動(dòng)輸送過程伴隨著電子膜的主動(dòng)輸送過程伴隨著電子(或質(zhì)子或

6、質(zhì)子)的流的流動(dòng)，形成微生物代謝的跨膜的質(zhì)子回路。動(dòng)，形成微生物代謝的跨膜的質(zhì)子回路。2021-11-148atpatp酶呼吸鏈微生物代謝的跨膜質(zhì)子微生物代謝的跨膜質(zhì)子回路示意圖回路示意圖電子回路示意圖電子回路示意圖2021-11-1494. 生物氧化和輔酶的再生生物氧化和輔酶的再生 在微生物活細(xì)胞中，參與生物氧化反應(yīng)脫在微生物活細(xì)胞中，參與生物氧化反應(yīng)脫氫酶的輔酶本身不能跨過膜，被局限在其所在氫酶的輔酶本身不能跨過膜，被局限在其所在的細(xì)胞內(nèi)。的細(xì)胞內(nèi)。它們必須被再生，才能回用它們必須被再生，才能回用，以維以維持能量代謝持能量代謝。脫氫酶的輔酶在細(xì)胞氧化還原反。脫氫酶的輔酶在細(xì)胞氧化還原反應(yīng)中

7、接受電子而被還原成還原型輔酶，還原型應(yīng)中接受電子而被還原成還原型輔酶，還原型輔酶將電子釋放給電子受體，從而實(shí)現(xiàn)脫氫酶輔酶將電子釋放給電子受體，從而實(shí)現(xiàn)脫氫酶的輔酶的再生。根據(jù)最終電子受體的類型，可的輔酶的再生。根據(jù)最終電子受體的類型，可把生物氧化分成把生物氧化分成有氧呼吸有氧呼吸、無氧呼吸無氧呼吸和和發(fā)酵發(fā)酵三三種類型。種類型。2021-11-14105. 生化反應(yīng)途徑和代謝途徑生化反應(yīng)途徑和代謝途徑 一系列按序進(jìn)行的生物化學(xué)反應(yīng)構(gòu)成一系列按序進(jìn)行的生物化學(xué)反應(yīng)構(gòu)成生生化反應(yīng)途徑化反應(yīng)途徑；若這條途徑；若這條途徑在活細(xì)胞里運(yùn)行在活細(xì)胞里運(yùn)行，則為則為代謝途徑代謝途徑。2021-11-14116

8、. 生化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和代謝網(wǎng)絡(luò)生化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和代謝網(wǎng)絡(luò) 生化反應(yīng)途徑按生物化學(xué)規(guī)律匯成生化生化反應(yīng)途徑按生物化學(xué)規(guī)律匯成生化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)；代謝途徑與跨膜輸送系統(tǒng)按代謝反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)；代謝途徑與跨膜輸送系統(tǒng)按代謝規(guī)律匯成（物質(zhì)）代謝網(wǎng)絡(luò)。規(guī)律匯成（物質(zhì)）代謝網(wǎng)絡(luò)。2021-11-14127. 代謝網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)網(wǎng)問題代謝網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)網(wǎng)問題 代謝中間物都在代謝網(wǎng)絡(luò)上，有些有機(jī)化合物雖代謝中間物都在代謝網(wǎng)絡(luò)上，有些有機(jī)化合物雖然不在代謝網(wǎng)絡(luò)上但仍有可能與代謝網(wǎng)絡(luò)然不在代謝網(wǎng)絡(luò)上但仍有可能與代謝網(wǎng)絡(luò)“聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)”。所謂所謂“聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)”就是用化學(xué)或生物化學(xué)反應(yīng)把指定的化就是用化學(xué)或生物化學(xué)反應(yīng)把指定的化合物連接到代謝網(wǎng)絡(luò)上去，從而

9、使它與微生物的代謝合物連接到代謝網(wǎng)絡(luò)上去，從而使它與微生物的代謝建立聯(lián)系。建立聯(lián)系?！奥?lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)”可以用化學(xué)或生物學(xué)方法可以用化學(xué)或生物學(xué)方法(含含dna重組技術(shù)重組技術(shù))來實(shí)現(xiàn)。來實(shí)現(xiàn)。廣義的廣義的 “聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)” 包含代謝網(wǎng)絡(luò)細(xì)包含代謝網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)不同的生命有機(jī)體之間接力賽式的代謝聯(lián)系。節(jié)不同的生命有機(jī)體之間接力賽式的代謝聯(lián)系。已在已在“網(wǎng)網(wǎng)” 上或者可以上或者可以“聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)” 的化合物都可能被開發(fā)為的化合物都可能被開發(fā)為工業(yè)發(fā)酵的產(chǎn)物或原料。工業(yè)發(fā)酵的產(chǎn)物或原料。 2021-11-14138. 代謝流和碳架物質(zhì)流代謝流和碳架物質(zhì)流 代謝物在代謝網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)形成代謝流。廣代謝物在代謝網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)形成代

10、謝流。廣義的代謝流還包括能量流和信息流。在代謝分義的代謝流還包括能量流和信息流。在代謝分析和代謝工程中，代謝流往往首先是指析和代謝工程中，代謝流往往首先是指有機(jī)物有機(jī)物流流(碳架物質(zhì)流碳架物質(zhì)流)。2021-11-14149. 代謝主流代謝主流 在一定的培養(yǎng)條件下，代謝物在代謝在一定的培養(yǎng)條件下，代謝物在代謝網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)，流量相對(duì)集中的代謝流叫做網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)，流量相對(duì)集中的代謝流叫做該培養(yǎng)條件下該培養(yǎng)條件下的代謝主流。代謝主流的流的代謝主流。代謝主流的流量測定是代謝工程的重要組成部分。量測定是代謝工程的重要組成部分。2021-11-141510. 載流途徑與載流路徑載流途徑與載流路徑 從字面上講，

11、從字面上講，有代謝物流通過的代謝途有代謝物流通過的代謝途徑即載流途徑。載流路徑是工業(yè)發(fā)酵徑即載流途徑。載流路徑是工業(yè)發(fā)酵領(lǐng)域的領(lǐng)域的術(shù)語。術(shù)語。在工業(yè)發(fā)酵的目的產(chǎn)物生產(chǎn)階段，碳在工業(yè)發(fā)酵的目的產(chǎn)物生產(chǎn)階段，碳架物質(zhì)從原料到目的產(chǎn)物流經(jīng)的各段代謝途架物質(zhì)從原料到目的產(chǎn)物流經(jīng)的各段代謝途徑徑(即載流途徑即載流途徑)，按流經(jīng)的先后次序首尾銜接，按流經(jīng)的先后次序首尾銜接，組合成載流路徑。組合成載流路徑。代謝工程沒有必要研究所代謝工程沒有必要研究所有的載流途徑，但必須研究載流路徑上的代有的載流途徑，但必須研究載流路徑上的代謝流，也就是謝流，也就是生產(chǎn)階段的代謝主流生產(chǎn)階段的代謝主流。2021-11-14

12、1611. 代謝主流的變動(dòng)性和選擇性代謝主流的變動(dòng)性和選擇性 微生物的代謝主流的方向、流量甚至所微生物的代謝主流的方向、流量甚至所流經(jīng)的途徑都可能發(fā)生變化。這就是微生物流經(jīng)的途徑都可能發(fā)生變化。這就是微生物代謝主流的變動(dòng)性和代謝主流對(duì)代謝網(wǎng)絡(luò)中代謝主流的變動(dòng)性和代謝主流對(duì)代謝網(wǎng)絡(luò)中的途徑的選擇性。的途徑的選擇性。這種變動(dòng)和選擇的根據(jù)在這種變動(dòng)和選擇的根據(jù)在微生物細(xì)胞的遺傳物質(zhì)，選擇的原因是微生微生物細(xì)胞的遺傳物質(zhì)，選擇的原因是微生物所處的環(huán)境條件的變化。物所處的環(huán)境條件的變化。2021-11-141712. 理想載流路徑理想載流路徑 為了提高產(chǎn)物對(duì)原料的轉(zhuǎn)化率，為了提高產(chǎn)物對(duì)原料的轉(zhuǎn)化率， 就

13、要就要求代謝主流求代謝主流(根據(jù)代謝分析的結(jié)果根據(jù)代謝分析的結(jié)果)經(jīng)設(shè)定的經(jīng)設(shè)定的載流路徑流到目的產(chǎn)物。因?yàn)檫@樣的載流路載流路徑流到目的產(chǎn)物。因?yàn)檫@樣的載流路徑是徑是帶有主觀導(dǎo)向性的虛擬的載流途徑，所帶有主觀導(dǎo)向性的虛擬的載流途徑，所以把它們叫做理想載流路徑。以把它們叫做理想載流路徑。2021-11-141813. 微生物代謝工程的難題微生物代謝工程的難題既然微生物的代謝主流對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的途既然微生物的代謝主流對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的途徑有徑有自主的自主的選擇性，而工業(yè)發(fā)酵的目標(biāo)又是選擇性，而工業(yè)發(fā)酵的目標(biāo)又是要微生物的代謝主流經(jīng)過理想載流途徑，流要微生物的代謝主流經(jīng)過理想載流途徑，流到目的產(chǎn)物，因此就有必要去

14、解決到目的產(chǎn)物，因此就有必要去解決理想載流理想載流途徑的設(shè)計(jì)途徑的設(shè)計(jì)問題和對(duì)代謝主流的問題和對(duì)代謝主流的合理導(dǎo)向合理導(dǎo)向問問題。題。2021-11-141914. 代謝的代謝的“五段式五段式” 在工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)中，培養(yǎng)器中的微生物在工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)中，培養(yǎng)器中的微生物細(xì)胞的代謝是分步進(jìn)行的。胞外營養(yǎng)物質(zhì)細(xì)胞的代謝是分步進(jìn)行的。胞外營養(yǎng)物質(zhì)(一一般要經(jīng)胞外酶降解后般要經(jīng)胞外酶降解后)從培養(yǎng)介質(zhì)跨膜進(jìn)入細(xì)從培養(yǎng)介質(zhì)跨膜進(jìn)入細(xì)胞，胞，(一般要一般要)經(jīng)過經(jīng)過“向心途徑向心途徑”、“中心途徑中心途徑”和和“離心途徑離心途徑”等連續(xù)的代謝途徑的代謝，等連續(xù)的代謝途徑的代謝，才能在胞內(nèi)生成目的產(chǎn)物，最后，目的

15、產(chǎn)物才能在胞內(nèi)生成目的產(chǎn)物，最后，目的產(chǎn)物跨過細(xì)胞質(zhì)膜排出細(xì)胞回到培養(yǎng)介質(zhì)中?？邕^細(xì)胞質(zhì)膜排出細(xì)胞回到培養(yǎng)介質(zhì)中。2021-11-1420工業(yè)發(fā)酵中細(xì)胞機(jī)器運(yùn)行階段工業(yè)發(fā)酵中細(xì)胞機(jī)器運(yùn)行階段理想載流路徑的五段式理想載流路徑的五段式1、胞外酶對(duì)原料的降解及營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的、胞外酶對(duì)原料的降解及營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的過程過程2、經(jīng)胞內(nèi)降解代謝途徑匯入中心代謝途徑、經(jīng)胞內(nèi)降解代謝途徑匯入中心代謝途徑3、中心代謝途徑及其控制、中心代謝途徑及其控制4、合成代謝流及其控制、合成代謝流及其控制5、目的產(chǎn)物的跨膜及其控制、目的產(chǎn)物的跨膜及其控制2021-11-1421 因此，典型的理想載流途徑應(yīng)因此，典型的理想

16、載流途徑應(yīng)該由以上五段承擔(dān)不同代謝分工的依該由以上五段承擔(dān)不同代謝分工的依次銜接的代謝途徑組成。這就是載流次銜接的代謝途徑組成。這就是載流途徑的途徑的“五段式五段式”。在這條載流途徑。在這條載流途徑上流動(dòng)的代謝主流對(duì)應(yīng)地也有五段，上流動(dòng)的代謝主流對(duì)應(yīng)地也有五段，這就是代謝主流的這就是代謝主流的“五段式五段式”。2021-11-142215. 工業(yè)發(fā)酵的五字策略工業(yè)發(fā)酵的五字策略 在在“ 載流路徑載流路徑 ” 、“ 代謝主流代謝主流 ” 和和“ 五段式五段式 ” 等概念的基礎(chǔ)上，從統(tǒng)籌的角等概念的基礎(chǔ)上，從統(tǒng)籌的角度出發(fā)，提出度出發(fā)，提出作為一個(gè)整體用于設(shè)計(jì)育種以作為一個(gè)整體用于設(shè)計(jì)育種以及發(fā)酵

17、工藝控制的及發(fā)酵工藝控制的 的五字策略：的五字策略： “ 進(jìn)、通、進(jìn)、通、節(jié)、堵、出節(jié)、堵、出 ”。2021-11-1423進(jìn)進(jìn)，促進(jìn)細(xì)胞對(duì)碳源營養(yǎng)物質(zhì)的吸收；，促進(jìn)細(xì)胞對(duì)碳源營養(yǎng)物質(zhì)的吸收；通通，使來自上游和各個(gè)注入分支的碳架物質(zhì)能，使來自上游和各個(gè)注入分支的碳架物質(zhì)能暢通地流向目的產(chǎn)物；暢通地流向目的產(chǎn)物；節(jié)節(jié)，阻塞與目的產(chǎn)物的形成無關(guān)或關(guān)系不大的，阻塞與目的產(chǎn)物的形成無關(guān)或關(guān)系不大的代謝支流，使碳架物質(zhì)相對(duì)集中地流向目的產(chǎn)物；代謝支流，使碳架物質(zhì)相對(duì)集中地流向目的產(chǎn)物；堵堵，消除或削弱目的產(chǎn)物進(jìn)一步代謝的途徑；，消除或削弱目的產(chǎn)物進(jìn)一步代謝的途徑；出出，促進(jìn)目的產(chǎn)物向胞外空間分泌。，促進(jìn)

18、目的產(chǎn)物向胞外空間分泌。2021-11-142416. 代謝網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)及其剛性代謝網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)及其剛性 微生物代謝網(wǎng)絡(luò)中的途徑的交叉點(diǎn)微生物代謝網(wǎng)絡(luò)中的途徑的交叉點(diǎn)(代謝流代謝流的集散處的集散處)叫做叫做節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)(node)，微生物自動(dòng)抵制節(jié)微生物自動(dòng)抵制節(jié)點(diǎn)處代謝物流量分配比率的改變的特性叫做節(jié)點(diǎn)處代謝物流量分配比率的改變的特性叫做節(jié)點(diǎn)的剛性點(diǎn)的剛性。節(jié)點(diǎn)的剛性取決于微生物代謝的自。節(jié)點(diǎn)的剛性取決于微生物代謝的自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制。因此在應(yīng)用動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制。因此在應(yīng)用 “ 五字策略五字策略 ” 制訂制訂育種方案時(shí)必須認(rèn)真考慮節(jié)點(diǎn)剛性問題，盡量育種方案時(shí)必須認(rèn)真考慮節(jié)點(diǎn)剛性問題，盡量采用解除反饋調(diào)節(jié)的育種手

19、段。采用解除反饋調(diào)節(jié)的育種手段。2021-11-142517. 代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性 微生物自動(dòng)抵制代謝網(wǎng)絡(luò)中代謝物流量微生物自動(dòng)抵制代謝網(wǎng)絡(luò)中代謝物流量分布的改變的特性叫做代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性。分布的改變的特性叫做代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性。代代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性與主要?jiǎng)傂怨?jié)點(diǎn)的剛性大小、謝網(wǎng)絡(luò)的剛性與主要?jiǎng)傂怨?jié)點(diǎn)的剛性大小、分布及數(shù)量密切相關(guān)。分布及數(shù)量密切相關(guān)。2021-11-142618. 微生物活細(xì)胞及其經(jīng)濟(jì)性微生物活細(xì)胞及其經(jīng)濟(jì)性 微生物活細(xì)胞是個(gè)遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)的開放微生物活細(xì)胞是個(gè)遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)的開放體系，是一種靠消耗能量而維持低熵的穩(wěn)定體系，是一種靠消耗能量而維持低熵的穩(wěn)定動(dòng)態(tài)的特殊結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)的特殊

20、結(jié)構(gòu)耗散結(jié)構(gòu)。耗散結(jié)構(gòu)。2021-11-1427 從微生物細(xì)胞對(duì)能量和化學(xué)物質(zhì)的內(nèi)外交從微生物細(xì)胞對(duì)能量和化學(xué)物質(zhì)的內(nèi)外交換、增收節(jié)支、協(xié)調(diào)自律等客觀規(guī)律出發(fā)，把換、增收節(jié)支、協(xié)調(diào)自律等客觀規(guī)律出發(fā)，把微生物細(xì)胞作為按特殊的經(jīng)濟(jì)規(guī)律運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)微生物細(xì)胞作為按特殊的經(jīng)濟(jì)規(guī)律運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)實(shí)體來看待，并且實(shí)體來看待，并且把這種按特殊的經(jīng)濟(jì)規(guī)律運(yùn)把這種按特殊的經(jīng)濟(jì)規(guī)律運(yùn)行的有利于生存競爭行的有利于生存競爭(生存保障生存保障)的新陳代謝特的新陳代謝特性叫做細(xì)胞經(jīng)濟(jì)性。性叫做細(xì)胞經(jīng)濟(jì)性。細(xì)胞的經(jīng)濟(jì)性可以以生成細(xì)胞的經(jīng)濟(jì)性可以以生成細(xì)胞的質(zhì)量與消耗底物的質(zhì)量之比值細(xì)胞的質(zhì)量與消耗底物的質(zhì)量之比值細(xì)胞細(xì)胞經(jīng)濟(jì)系

21、數(shù)來衡量。經(jīng)濟(jì)系數(shù)來衡量。2021-11-142819. 正常代謝和競爭型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)正常代謝和競爭型細(xì)胞經(jīng)濟(jì) 微生物在生存競爭中進(jìn)化的方向是發(fā)展其微生物在生存競爭中進(jìn)化的方向是發(fā)展其自身的適應(yīng)能力和提高細(xì)胞運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)系數(shù)。自身的適應(yīng)能力和提高細(xì)胞運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)系數(shù)。經(jīng)生存競爭而幸存下來的野生型微生物在其所經(jīng)生存競爭而幸存下來的野生型微生物在其所棲身的環(huán)境中是富有競爭能力的，并且它們的棲身的環(huán)境中是富有競爭能力的，并且它們的代謝中間物在代謝網(wǎng)絡(luò)中的分布及細(xì)胞經(jīng)濟(jì)運(yùn)代謝中間物在代謝網(wǎng)絡(luò)中的分布及細(xì)胞經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況有利于細(xì)胞生長、繁殖和在競爭中獲勝。行狀況有利于細(xì)胞生長、繁殖和在競爭中獲勝。在上述條件下，細(xì)

22、胞處于正常代謝狀態(tài)，細(xì)胞在上述條件下，細(xì)胞處于正常代謝狀態(tài)，細(xì)胞經(jīng)濟(jì)體系呈現(xiàn)經(jīng)濟(jì)體系呈現(xiàn)競爭型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的特色競爭型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的特色。2021-11-142920. 異常代謝和導(dǎo)向型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)異常代謝和導(dǎo)向型細(xì)胞經(jīng)濟(jì) 如果工業(yè)生產(chǎn)要求微生物在胞外累積某種代如果工業(yè)生產(chǎn)要求微生物在胞外累積某種代謝中間產(chǎn)物，則必須對(duì)微生物的代謝流進(jìn)行謝中間產(chǎn)物，則必須對(duì)微生物的代謝流進(jìn)行導(dǎo)向?qū)?。根?jù)已獲得的代謝分析的信息，應(yīng)用根據(jù)已獲得的代謝分析的信息，應(yīng)用“五字策略五字策略”有可能設(shè)計(jì)理想載流途徑和配套的發(fā)酵培養(yǎng)工藝有可能設(shè)計(jì)理想載流途徑和配套的發(fā)酵培養(yǎng)工藝路線和工藝條件，進(jìn)而改造菌種和調(diào)整工藝，路線和工藝條件，進(jìn)

23、而改造菌種和調(diào)整工藝，將將代謝主流導(dǎo)向理想載流途徑。在導(dǎo)向成功的情況代謝主流導(dǎo)向理想載流途徑。在導(dǎo)向成功的情況下，細(xì)胞處于異常代謝狀態(tài)，細(xì)胞經(jīng)濟(jì)體系呈現(xiàn)下，細(xì)胞處于異常代謝狀態(tài)，細(xì)胞經(jīng)濟(jì)體系呈現(xiàn)導(dǎo)向型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的特色。導(dǎo)向型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的特色。2021-11-143021. 細(xì)胞經(jīng)濟(jì)受到嚴(yán)格的制約細(xì)胞經(jīng)濟(jì)受到嚴(yán)格的制約 工業(yè)發(fā)酵依靠細(xì)胞群體的代謝來獲得產(chǎn)品，工業(yè)發(fā)酵依靠細(xì)胞群體的代謝來獲得產(chǎn)品，導(dǎo)向型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)固然有利于特定的代謝產(chǎn)物的導(dǎo)向型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)固然有利于特定的代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)，但生產(chǎn)，但競爭型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)向?qū)蛐图?xì)胞經(jīng)濟(jì)的競爭型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)向?qū)蛐图?xì)胞經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)化受到能量代謝、還原力的平衡等條件的嚴(yán)轉(zhuǎn)化受到

24、能量代謝、還原力的平衡等條件的嚴(yán)格制約格制約(以保證有熵的輸出以保證有熵的輸出)，表現(xiàn)出代謝網(wǎng)絡(luò)的，表現(xiàn)出代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性。剛性。若細(xì)胞經(jīng)濟(jì)實(shí)體的運(yùn)行狀態(tài)過度偏離競?cè)艏?xì)胞經(jīng)濟(jì)實(shí)體的運(yùn)行狀態(tài)過度偏離競爭型運(yùn)行狀態(tài)，活細(xì)胞的高度有序狀態(tài)將走向爭型運(yùn)行狀態(tài)，活細(xì)胞的高度有序狀態(tài)將走向無序，最終導(dǎo)致無序，最終導(dǎo)致細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的崩潰細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的崩潰。2021-11-143122. 信息流指導(dǎo)下的工業(yè)發(fā)酵信息流指導(dǎo)下的工業(yè)發(fā)酵 在工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)中，可以把微生物細(xì)胞在工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)中，可以把微生物細(xì)胞看作是看作是細(xì)胞機(jī)器細(xì)胞機(jī)器，它們進(jìn)行能量代謝和物質(zhì)，它們進(jìn)行能量代謝和物質(zhì)代謝；同時(shí)又可以把它們看作是代謝；同時(shí)又可以把它們看作是信息處理器信息處理器，它們復(fù)制和傳遞自己的生物信息，接收細(xì)胞它們復(fù)制和傳遞自己的生物信息，接收細(xì)胞內(nèi)外的物理、化學(xué)甚至生物信息，并在對(duì)內(nèi)內(nèi)外的物理、化學(xué)甚至生物信息，并在對(duì)內(nèi)外信息流進(jìn)行綜合處理的基礎(chǔ)上，發(fā)出代謝外信息流進(jìn)行綜合處理的基礎(chǔ)上，發(fā)出代謝調(diào)控的指令，調(diào)控的指令，在網(wǎng)絡(luò)剛性的范圍之內(nèi)控制微在網(wǎng)絡(luò)剛性的范圍之內(nèi)控制微生物細(xì)胞自身的生命活動(dòng)。生物細(xì)胞自身的生命活動(dòng)。2021-11-143223. 限制性遺傳信息之謎限制性遺傳信息之謎 可以推測在每個(gè)微生物細(xì)胞的遺傳物質(zhì)可以推測在每個(gè)微生物細(xì)胞的遺傳物質(zhì)中必有其限制性的生死