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代谢工程

“十一五”国家规划教材

作者:
赵学明 陈涛 王智文 等
定价:
39.00元
ISBN:
978-7-04-041769-2
版面字数:
510.000千字
开本:
16开
全书页数:
318页
装帧形式:
平装
重点项目:
“十一五”国家规划教材
出版时间:
2015-03-05
读者对象:
高等教育
一级分类:
生物技术/生物工程

代谢工程是利用重组DNA技术对特定的生化反应进行修饰,或引入新的反应以定向改进产物的生成或细胞性质的学科。20多年来,代谢工程在实践中与时俱进,紧密结合来自分子生物学、生物信息学、系统生物学及合成生物学的新工具,以提高产品的浓度、生产速度和得率,现已发展成生物基能源、化学品、材料、医药、食品原料等生产的支撑学科与技术。本书在详细阐述代谢工程基本原理与方法的基础上,深入介绍“基于13C同位素信息的代谢通量分析”、“基因组尺度代谢网络模型”、“转录组学”、“蛋白质组学”、“代谢组学”、“进化工程”和 “合成生物学”等技术在代谢工程中的应用,列举了许多典型实例。

本书可作为生物工程、生物技术等相关专业研究生、高年级本科生的教学用书,也可供在生物工程、化学工程等相关领域的研究、开发及工程设计人员参考,相信会对他们进行创新研发起很大促进作用。

  • 前辅文
  • 1 绪论
    • 1.1 代谢工程学科的建立
      • 1.1.1 背景
      • 1.1.2 代谢工程学科的建立
      • 1.1.3 代谢工程的定义
      • 1.1.4 代谢工程的理论框架
    • 1.2 代谢工程发展的标志
      • 1.2.1 代谢工程学术会议
      • 1.2.2 代谢工程教科书及学术专著
      • 1.2.3 国际代谢工程学会
      • 1.2.4 代谢工程学术刊物
      • 1.2.5 代谢工程学术论文
      • 1.2.6 代谢工程研究方法的进化
    • 1.3 代谢工程研究进展
  • 2 细胞代谢反应和调节方式
    • 2.1 细胞生长
    • 2.2 细胞代谢反应的基本类型和功能
      • 2.2.1 运输反应
      • 2.2.2 供能反应与分解代谢
      • 2.2.3 生物合成反应与聚合反应
    • 2.3 酶活性的主要调节方式及酶动力学
      • 2.3.1 酶活性的主要调节方式
      • 2.3.2 酶动力学
    • 2.4 酶表达水平的调节
      • 2.4.1 底物诱导
      • 2.4.2 终产物阻遏
      • 2.4.3 基因表达的弱化机制
      • 2.4.4 核糖核酸开关对基因表达的调控
      • 2.4.5 翻译的控制
      • 2.4.6 酶分子降解的调节
    • 2.5 流通代谢物及全局调控
      • 2.5.1 流通代谢物
      • 2.5.2 全局调控
  • 3 生化反应质量平衡与模型
    • 3.1 生物量化学式
    • 3.2 生物反应的质量平衡方程
      • 3.2.1 间歇培养
      • 3.2.2 连续培养
    • 3.3 比反应速率与得率系数
    • 3.4 生物反应的黑箱模型
      • 3.4.1 黑箱模型的元素平衡和还原度平衡
      • 3.4.2 黑箱模型测量数据一致性的检验
      • 3.4.3 黑箱化学计量模型的系统分析
      • 3.4.4 测量数据的最优估计和h检验
  • 4 代谢通量分析
    • 4.1 代谢通量分析的原理
      • 4.1.1 无细胞生长时的代谢通量分析
      • 4.1.2 有细胞生长时的代谢通量分析
    • 4.2 基于测量数据的代谢通量分析
      • 4.2.1 正定系统
      • 4.2.2 超定系统
    • 4.3 基于线性规划的通量平衡分析
    • 4.4 同位素标记法测定代谢通量简介
    • 4.5 基元模式分析
      • 4.5.1 基元模式分析与极端途径分析
      • 4.5.2 基元模式分析的应用实例
  • 5 代谢控制分析
    • 5.1 代谢控制分析的基础
      • 5.1.1 通量控制系数及其加和定理
      • 5.1.2 浓度控制系数及其加和定理
      • 5.1.3 弹性系数和连接定理
      • 5.1.4 参数弹性系数及MCA理论的通用表达式
    • 5.2 通量控制系数的确定方法
      • 5.2.1 直接法
      • 5.2.2 间接法
      • 5.2.3 Linlog动力学法
      • 5.2.4 瞬态代谢物浓度法
      • 5.2.5 大扰动法
    • 5.3 部分守恒循环途径通量控制系数的确定
  • 6 基于13C同位素标记信息的代谢通量分析
    • 6.1 13C代谢通量分析的发展
    • 6.2 13C标记实验和测量
      • 6.2.1 标记实验
      • 6.2.2 质谱检测
      • 6.2.3 核磁共振波谱检测
    • 6.3 代谢通量比率分析
      • 6.3.1 同位素标记异构体中天然同位素丰度的矫正
      • 6.3.2 基于质谱数据的代谢通量比率的推导
      • 6.3.3 基于NMR数据的代谢通量比率的推导
    • 6.4 基于同位素标记异构体分布模型的代谢网络通量分析
      • 6.4.1 原子映射矩阵和同位素标记异构体映射矩阵
      • 6.4.2 同位素标记异构体平衡方程
      • 6.4.3 代谢通量计算
    • 6.5 基于13C同位素标记信息代谢通量分析的应用
      • 6.5.1 辨别代谢途径及细胞功能
      • 6.5.2 阐明代谢网络结构及调控特性
    • 6.6 大肠杆菌代谢通量的计算举例
      • 6.6.1 大肠杆菌生长期相关生理学参数的测定及计算
      • 6.6.2 大肠杆菌代谢模型的建立
      • 6.6.3 代谢通量比率的计算
      • 6.6.4 大肠杆菌净通量的计算
  • 7 基因组学与基因组尺度代谢网络模型
    • 7.1 基因组学
      • 7.1.1 基因、基因组与基因组学
      • 7.1.2 基因组学研究内容
    • 7.2 基因组尺度代谢网络模型
    • 7.3 基因组尺度代谢网络模型的重构过程
      • 7.3.1 基因组尺度代谢网络数据库的建立
      • 7.3.2 数学模型的建立
      • 7.3.3 模拟运算
    • 7.4 基因组尺度代谢网络模型的应用
      • 7.4.1 基因敲除研究
      • 7.4.2 发现药物靶点
      • 7.4.3 指导菌体改进和代谢工程
  • 8 转录物组学技术与代谢工程
    • 8.1 转录物组与转录物组学
      • 8.1.1 转录、转录物组与转录物组学
      • 8.1.2 转录组学平台技术
    • 8.2 基于基因芯片技术的转录物组分析
      • 8.2.1 cDNA基因芯片技术
      • 8.2.2 寡核苷酸基因芯片技术
      • 8.2.3 芯片数据分析
    • 8.3 基于RNASeq技术的转录物组分析
      • 8.3.1 RNASeq的原理及实验步骤
      • 8.3.2 RNASeq的技术优势
    • 8.4 两种转录物组分析平台技术的比较
    • 8.5 转录物组数据的存储及交流
    • 8.6 转录物组学技术在微生物代谢工程中的应用
      • 8.6.1 减少副产物及提高产物耐受性
      • 8.6.2 提高蛋白质的产量
      • 8.6.3 扩大底物利用范围
      • 8.6.4 提高氨基酸的产量
      • 8.6.5 提高抗生素的产量
      • 8.6.6 提高大宗化学品的生产能力
  • 9 蛋白质组学技术与代谢工程
    • 9.1 蛋白质组与蛋白质组学
      • 9.1.1 蛋白质组
      • 9.1.2 蛋白质组学
      • 9.1.3 蛋白质组学研究平台技术分类
    • 9.2 蛋白质组学研究步骤
    • 9.3 蛋白质组学研究核心技术
      • 9.3.1 大规模蛋白质分离
      • 9.3.2 蛋白质组学研究中的质谱分析技术
      • 9.3.3 基于质谱的定量蛋白质组学技术
      • 9.3.4 基于选择反应检测的靶向蛋白质组学技术
    • 9.4 海量蛋白质数据分析处理技术
    • 9.5 蛋白质组学在微生物学研究中的应用
      • 9.5.1 蛋白质组学研究工业酵母对胁迫环境的响应
      • 9.5.2 蛋白质组学研究细菌膜蛋白与多重抗性
      • 9.5.3 蛋白质组学研究拜耳接合酵母耐酸性机制
    • 9.6 蛋白质组学在菌种构建中的应用
      • 9.6.1 提高次级代谢产物的基本策略
      • 9.6.2 蛋白质组学技术改进青霉素生产菌的应用举例
      • 9.6.3 靶向蛋白质组学在萜类代谢工程菌种改进中的应用举例
  • 10 代谢物组学技术与代谢工程
    • 10.1 代谢物组与代谢物组学
    • 10.2 微生物代谢物组学的研究方法
      • 10.2.1 菌株培养
      • 10.2.2 样品处理
      • 10.2.3 代谢物组数据的采集
      • 10.2.4 数据挖掘
    • 10.3 代谢物组学在代谢工程菌种改进中的应用
  • 11 进化工程技术与代谢工程
    • 11.1 进化工程的定义
    • 11.2 进化工程的原理与方法
      • 11.2.1 进化工程的原理与过程
      • 11.2.2 进化过程中的基因型变异
    • 11.3 进化工程的步骤与方法
      • 11.3.1 变异
      • 11.3.2 选择
      • 11.3.3 筛选
    • 11.4 进化工程与代谢工程
    • 11.5 进化工程的应用
      • 11.5.1 激活细胞潜在代谢途径,提高底物利用效率
      • 11.5.2 提高微生物的环境耐受性
      • 11.5.3 改进细胞的生物基产品合成能力
      • 11.5.4 创造新型催化活性蛋白酶
    • 11.6 基于高通量测序技术的进化工程研究和逆向代谢工程
      • 11.6.1 基因组尺度的进化工程菌株突变规律分析
      • 11.6.2 基于比较基因组学的逆向代谢工程
  • 12 合成生物学工具与代谢工程
    • 12.1 合成生物学的研究背景
    • 12.2 合成生物学的定义
    • 12.3 合成生物学的研究策略
      • 12.3.1 生物系统的层次结构
      • 12.3.2 合成生物学的研究策略
    • 12.4 DNA合成与组装
    • 12.5 基本的生物零件与基因线路
    • 12.6 基因组工程
      • 12.6.1 多元自动化基因组工程技术
      • 12.6.2 基因组编辑技术
      • 12.6.3 生物底盘
      • 12.6.4 基因组简化
    • 12.7 合成基因组(合成细胞)
    • 12.8 酵母人工基因组的合成
      • 12.8.1 SynⅢ的设计
      • 12.8.2 SynⅢ的构建
      • 12.8.3 含SynⅢ酵母菌株的表征与检验
    • 12.9 合成生物学与代谢工程
    • 12.10 合成生物学与代谢工程应用举例
      • 12.10.1 生物能源
      • 12.10.2 生物医药
      • 12.10.3 化学品
      • 12.10.4 合成生物学产业发展
  • 索引
  • 彩插

代谢工程数字课程与纸质内容一体化设计,紧密配合。数字课程内容包括以下各部分:与教材内容相关的彩图、背景知识、知识拓展、技术应用及教学课件等。充分运用多种形式媒体资源,提升课程教学效果,丰富知识呈现形式,为学生学习提供思维与探索与空间。

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