《代謝工程》課程教學(xué)大綱

第頁課程編號(hào)：030439Z1課程名稱：代謝工程英文名稱：MetabolicEngineering學(xué)時(shí)與學(xué)分:24/1.5先修課程要求：微生物學(xué)生物化學(xué)適應(yīng)專業(yè)：生物工程參考教材：《微生物工程》，吳松剛編著，科學(xué)出版社，2004年，標(biāo)準(zhǔn)書號(hào)：ISBN7-03-014029-X?！锻緩焦こ獭?，張惠展編著，中國輕工業(yè)出版社，2002年，標(biāo)準(zhǔn)書號(hào)：ISBN7-5019-3462-2?！段⑸镏匾x產(chǎn)物》，陳堅(jiān)等編著，化學(xué)工業(yè)出版社，2005年，標(biāo)準(zhǔn)書號(hào)：ISBN7-5025-7420-4。《代謝工程》，斯蒂芬那保羅(美)編著，化學(xué)工業(yè)出版社，2003年，標(biāo)準(zhǔn)書號(hào)：ISBN7-5025-4568-9?！洞x工程的途徑分析與優(yōu)化》，內(nèi)斯托爾(西班牙)編著，化學(xué)工業(yè)出版社，2005年，標(biāo)準(zhǔn)書號(hào)：ISBN7-5025-7002-0。課程簡介：代謝工程是應(yīng)用重組DNA技術(shù)和應(yīng)用分析與生物學(xué)相關(guān)的遺傳學(xué)手段來進(jìn)行有精確目標(biāo)的基因操作，以改變生物原有的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過有目的地對(duì)細(xì)胞代謝進(jìn)行修飾以改變細(xì)胞某些方面的代謝活性的整套工作，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)目的代謝活性的提高這一預(yù)期目標(biāo)的一個(gè)嶄新領(lǐng)域。本課程注重以酶學(xué)、化學(xué)計(jì)量學(xué)、分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)以及現(xiàn)代數(shù)學(xué)的理論和技術(shù)為研究手段，在細(xì)胞水平上闡明代謝途徑與代謝網(wǎng)絡(luò)之間局部與整體的關(guān)系、胞內(nèi)代謝過程與胞外物質(zhì)運(yùn)輸之間的偶聯(lián)以及代謝流流向與控制的機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上通過工程和工藝操作達(dá)到優(yōu)化細(xì)胞性能的目的。它綜合了基因工程、生物化學(xué)、生化工程等領(lǐng)域的最新成果，是目前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。課程教學(xué)大綱：一、課程在培養(yǎng)方案中的地位、目的和任務(wù)本課程是面向生命科學(xué)學(xué)院所有專業(yè)本科生的一門選修課。根據(jù)生物學(xué)專業(yè)的本科教學(xué)要求和學(xué)生專業(yè)特點(diǎn)及需要，力求體現(xiàn)素質(zhì)教育特色，課程安排過程中注意內(nèi)容精煉，基本理論知識(shí)充足，涵蓋最新研究進(jìn)展。由于本課程涉及領(lǐng)域較多，與微生物學(xué)、微生物發(fā)酵工程、細(xì)胞工程等多個(gè)學(xué)科均有交叉，因此在與其他相關(guān)專業(yè)知識(shí)相結(jié)合的基礎(chǔ)上力求突出代謝工程特色，要求學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)了解代謝工程尤其是微生物代謝工程基本理論知識(shí)及其應(yīng)用的相關(guān)領(lǐng)域。二、課程的基本要求要求學(xué)生掌握微生物代謝工程概述、代謝調(diào)節(jié)的基本類型、初級(jí)代謝產(chǎn)物的代謝工程、次級(jí)代謝產(chǎn)物的代謝工程、細(xì)胞遺傳特性修飾的代謝工程。通過學(xué)習(xí)旨在使學(xué)生了解生物技術(shù)中的前沿技術(shù)，使其理解代謝工程的原理，掌握代謝工程的基本方法及技術(shù)，并了解其應(yīng)用前景。三、課程的基本內(nèi)容以及重點(diǎn)難點(diǎn)緒論代謝工程的概念代謝工程的基本操作代謝工程的基本原理代謝工程的研究技術(shù)代謝工程的研究戰(zhàn)略代謝工程的應(yīng)用及發(fā)展前景第一章代謝調(diào)控第一節(jié)生物代謝與代謝調(diào)節(jié)生物代謝生物代謝調(diào)節(jié)第二節(jié)生物初級(jí)代謝與調(diào)節(jié)初級(jí)代謝與初級(jí)代謝產(chǎn)物反饋調(diào)節(jié)產(chǎn)能代謝的能荷調(diào)節(jié)核糖核蛋白體合成的調(diào)節(jié)第三節(jié)生物次級(jí)代謝與調(diào)節(jié)次級(jí)代謝與次級(jí)代謝產(chǎn)物次級(jí)代謝產(chǎn)物的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)次級(jí)代謝產(chǎn)物的反饋調(diào)節(jié)分解代謝物的調(diào)節(jié)磷酸鹽的調(diào)節(jié)初級(jí)代謝產(chǎn)物的調(diào)節(jié)產(chǎn)生菌生長速率的調(diào)節(jié)第四節(jié)生物初級(jí)代謝與次級(jí)代謝的關(guān)系第二章細(xì)胞代謝途徑的解析與控制第一節(jié)細(xì)胞代謝的概念第二節(jié)細(xì)胞代謝流的分析和測(cè)定細(xì)胞代謝流分析的基本理論解脂假絲酵母檸檬酸發(fā)酵代謝流的分析細(xì)胞代謝流的測(cè)定第三節(jié)代謝網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)分析及其應(yīng)用代謝網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成代謝剛性代謝網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基本類型代謝網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)答主要節(jié)點(diǎn)剛性的評(píng)估1，6-二磷酸果糖的超量生產(chǎn)第四節(jié)代謝控制分析代謝控制分析的基本理論代謝控制分析的應(yīng)用代謝控制分析的局限性第三章生物代謝工程的基因操作技術(shù)第一節(jié)原核生物的同源重組細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移程序與同源重組有關(guān)的原核生物基因同源重組在微生物代謝工程中的應(yīng)用第二節(jié)基因工程菌構(gòu)建的主要步驟DNA的制備目的基因的分離DNA的重組重組體DNA的轉(zhuǎn)化重組質(zhì)粒的細(xì)菌菌落的鑒定目的基因的表達(dá)第四章生物初級(jí)代謝工程第一節(jié)乙醇第二節(jié)有機(jī)酸醇第三節(jié)氨基酸第四節(jié)維生素第五節(jié)生物色素第六節(jié)多聚物第七節(jié)氫氣第五章生物次級(jí)代謝工程第一節(jié)聚酮類抗生素的生物合成途徑第二節(jié)聚酮生物合成的基因操作第三節(jié)非核糖體肽類化合物的基因操作第四節(jié)β-內(nèi)酰胺類抗生素的基因操作第五節(jié)氨基糖苷類抗生素的生物合成途徑第六節(jié)林可胺類抗生素的生物合成途徑第六章生物細(xì)胞遺傳特性修飾第一節(jié)非生物物質(zhì)的降解微生物降解非生物物質(zhì)的戰(zhàn)略聚氯聯(lián)苯的降解氯代烯烴的降解苯、甲苯和對(duì)二甲苯混合物的降解第二節(jié)碳氮代謝途徑設(shè)計(jì)氮代謝途徑的優(yōu)化底物吸收的改善底物利用范圍的擴(kuò)展糖酵解途徑的修飾葡萄糖效應(yīng)的解除輔助因子工程第三節(jié)生物生理特性改良氧利用率的提高超代謝流的防止遺傳穩(wěn)定性的維持蛋白質(zhì)加工過程的強(qiáng)化生物過程性能的改良四、實(shí)驗(yàn)要求無五、課程學(xué)時(shí)分配章節(jié)章節(jié)內(nèi)容講課實(shí)驗(yàn)實(shí)踐合計(jì)緒論微生物代謝工程的概念、基本原理等22第一章微生物的代謝調(diào)控44第二章細(xì)胞代謝途徑的解析與控制4