本书系统阐述了氨基酸生产菌株的代谢工程改造策略与生理调控机制，全面覆盖了从基础理论到应用实践的完整知识体系。全书共九章，第一章概述了氨基酸的种类、性质、生产概况、生物合成途径及菌种选育技术；第二、三章分别深入剖析了谷氨酸棒状杆菌和大肠杆菌两种主要氨基酸生产菌的基因组规模代谢网络模型、代谢通量分析、基因组编辑方法、细胞周期控制、转录调控及底物和产物转运系统等底层合成生物学技术；第四至第九章则按照氨基酸家族分类，详细阐述了谷氨酸族氨基酸、天冬氨酸族氨基酸、芳香族氨基酸、支链氨基酸、杂环氨基酸及三碳氨基酸的高产菌株代谢改造方法，涵盖前体供应强化、合成途径优化、副产物削减、转运系统改造及辅因子工程等核心策略。
样章试读
目录
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丛书序
前言
第一章 绪论 1
第一节 氨基酸的种类、生产概况及其发酵产业的发展动向 1
一、氨基酸的种类与性质 1
二、氨基酸的生产概况 5
三、氨基酸发酵产业的发展动向 6
第二节 氨基酸的生物合成途径和菌种选育技术 8
一、氨基酸的生物合成途径及其调节机制 8
二、氨基酸生产菌株的传统育种技术 12
三、氨基酸生产菌株的定向育种技术 14
第三节 利用系统生物学创制氨基酸高产菌株 18
本章思考题 24
主要参考文献 24
第二章 氨基酸生产菌：谷氨酸棒状杆菌生理与调控 26
第一节 谷氨酸棒状杆菌基因组规模代谢网络模型与代谢通量分析 26
一、谷氨酸棒状杆菌基因组规模代谢网络模型的构建 26
二、谷氨酸棒状杆菌基因组规模代谢网络模型的种类 29
三、谷氨酸棒状杆菌的代谢网络分析 35
第二节 谷氨酸棒状杆菌基因组编辑方法 42
一、传统基因组编辑技术 42
二、CRISPR/Cas基因组编辑技术 45
第三节 谷氨酸棒状杆菌的碳源和氮源利用系统与调控 47
一、谷氨酸棒状杆菌碳源利用系统与调控 47
二、谷氨酸棒状杆菌氮源利用系统与调控 56
第四节 谷氨酸棒状杆菌的三羧酸循环与乙醛酸循环 61
一、三羧酸循环的关键酶 62
二、乙醛酸循环的关键酶 64
三、三羧酸循环和乙醛酸循环的转录调控 65
第五节 谷氨酸棒状杆菌呼吸链与能量代谢 70
一、谷氨酸棒状杆菌呼吸链的甲基萘醌还原 70
二、谷氨酸棒状杆菌呼吸链的还原型甲基萘醌氧化 76
三、谷氨酸棒状杆菌能量代谢与氨基酸合成的关联 79
第六节 谷氨酸棒状杆菌氨基酸转运系统与调控 82
一、LysE转运系统 83
二、ThrE转运系统 84
三、CgmA转运系统 85
四、YggB转运系统 86
五、BmFE转运系统 87
六、芳香族氨基酸转运系统 87
本章思考题 87
主要参考文献 88
第三章 氨基酸生产菌：大肠杆菌生理与调控 91
第一节 大肠杆菌基因组规模代谢网络模型与代谢通量分析 91
一、大肠杆菌基因组规模代谢网络模型构建的关键步骤 93
二、几种重要的大肠杆菌基因组规模代谢网络模型 94
三、大肠杆菌代谢通量分析 98
第二节 大肠杆菌基因组修饰和基因组编辑方法 104
一、基因组研究时代的大尺度基因组修饰 104
二、CRISPR/Cas介导的基因组编辑方法 105
第三节 大肠杆菌细胞周期控制原理与策略 111
一、DNA复制 112
二、染色体分离 116
三、细胞分裂 119
四、细胞周期相关生物学过程之间的协调调控 121
第四节 大肠杆菌转录调控与基因线路 125
一、大肠杆菌转录调控网络的结构 125
二、大肠杆菌转录调控的关键步骤 127
三、基于转录调控发展的基因线路 130
第五节 大肠杆菌的底物和产物转运系统 135
一、葡萄糖在大肠杆菌中的转运和代谢机制 135
二、果糖在大肠杆菌中的转运和代谢机制 140
三、蔗糖在大肠杆菌中的转运和代谢机制 142
四、木糖在大肠杆菌中的转运和代谢机制 144
本章思考题 147
主要参考文献 147
第四章 谷氨酸族氨基酸细胞工厂 150
第一节 谷氨酸高产菌株代谢改造方法 150
一、谷氨酸生物合成途径及代谢调控 150
二、强化谷氨酸合成的前体供应 155
三、强化谷氨酸的合成途径 155
四、强化谷氨酸的外排 156
五、谷氨酸合成的细胞全局调控 157
第二节 精氨酸高产菌株代谢改造方法 159
一、精氨酸生物合成途径及代谢调控 159
二、精氨酸合成途径代谢通量的强化 163
三、底物利用的强化 164
四、α？酮戊二酸前体池的富集 165
五、减少副产物的生成 166
六、精氨酸转运系统的改造 167
七、辅因子供应的强化 168
第三节 谷氨酰胺高产菌株代谢改造方法 168
一、谷氨酰胺生物合成途径及代谢调控 168
二、强化谷氨酰胺合成的前体供应 169
三、强化谷氨酰胺合成途径的关键步骤 170
四、阻断谷氨酰胺合成的竞争途径 172
五、谷氨酰胺合成的转运体工程和辅因子工程 172
第四节 鸟氨酸高产菌株代谢改造方法 173
一、鸟氨酸生物合成途径及代谢调控 173
二、鸟氨酸合成途径代谢通量的强化 176
三、底物利用的强化 176
四、α？酮戊二酸前体池的富集 177
五、减少副产物的生成 178
六、鸟氨酸转运系统的改造 179
七、辅因子工程和转录因子调控 179
本章思考题 180
主要参考文献 180
第五章 天冬氨酸族氨基酸细胞工厂 182
第一节 赖氨酸高产菌株代谢改造方法 182
一、赖氨酸生物合成途径 182
二、赖氨酸生物合成中的关键酶 184
三、增强赖氨酸合成途径代谢通量 186
四、强化底物利用 190
五、减少副产物生成 193
六、改造赖氨酸转运系统 194
七、辅因子工程及全局转录因子调控 196
八、赖氨酸耐受相关基因的筛选及其他策略 198
第二节 苏氨酸高产菌株代谢改造方法 201
一、苏氨酸生物合成途径 201
二、强化底物利用 204
三、增强苏氨酸合成途径代谢通量 205
四、减少副产物生成 208
五、削弱苏氨酸的降解利用 209
六、强化苏氨酸向细胞外输出 211
七、苏氨酸细胞工厂全局调控 211
第三节 高丝氨酸高产菌株代谢改造方法 212
一、高丝氨酸生物合成途径 212
二、高丝氨酸高产菌株代谢改造策略 214
本章思考题 221
主要参考文献 221
第六章 芳香族氨基酸细胞工厂 223
第一节 色氨酸高产菌株代谢改造方法 223
一、色氨酸生物合成途径 224
二、强化色氨酸合成前体供应 226
三、增强产物合成途径代谢通量 229
四、解除反馈抑制 233
五、减少副产物生成 235
六、改造色氨酸转运系统 236
七、色氨酸细胞工厂全局调控 237
八、色氨酸菌株的进化工程 238
第二节 苯丙氨酸高产菌株代谢改造方法 241
一、苯丙氨酸生物合成途径 242
二、强化底物利用 245
三、强化苯丙氨酸合成途径 246
四、改造苯丙氨酸转运系统 248
五、减少副产物生成 249
六、苯丙氨酸细胞工厂全局调控 250
第三节 酪氨酸高产菌株代谢改造方法 252
一、酪氨酸生物合成途径及代谢调控 252
二、增强酪氨酸合成途径代谢通量 255
三、强化底物利用 257
四、解除反馈抑制 258
五、减少副产物生成 259
六、改造酪氨酸转运系统 260
七、酪氨酸细胞工厂全局调控 261
本章思考题 262
主要参考文献 263
第七章 支链氨基酸细胞工厂 266
第一节 缬氨酸高产菌株代谢改造方法 266
一、缬氨酸生物合成途径及代谢调控 266
二、增强缬氨酸合成途径代谢通量 270
三、强化底物利用 271
四、富集前体丙酮酸 272
五、减少副产物生成 274
六、改造缬氨酸转运系统 275
七、辅因子工程和转录因子调控 276
第二节 亮氨酸高产菌株代谢改造方法 278
一、亮氨酸生物合成途径及代谢调控 278
二、增强亮氨酸合成途径代谢通量 281
三、强化底物利用 282
四、强化前体供应 282
五、减少代谢竞争副产物 283
六、改造亮氨酸转运系统 283
七、辅因子工程与全局转录因子调控 284
第三节 异亮氨酸高产菌株代谢改造方法 285
一、异亮氨酸生物合成途径及代谢调控 285
二、增强异亮氨酸合成途径代谢通量 288
三、强化底物利用 289
四、改造异亮氨酸转运系统 290
五、辅因子工程调控 290
本章思考题 292
主要参考文献 292
第八章 杂环氨基酸细胞工厂 295
第一节 脯氨酸高产菌株代谢改造方法 295
一、脯氨酸生物合成途径及代谢调控 296
二、增强前体α？酮戊二酸和谷氨酸供应 299
三、增强脯氨酸合成途径代谢通量 300
四、减少副产物生成 300
五、强化脯氨酸向细胞外输出 301
六、辅因子工程和能量工程促进脯氨酸生产 301
第二节 组氨酸高产菌株代谢改造方法 302
一、组氨酸生物合成途径 302
二、增强组氨酸合成途径代谢通量 305
三、强化底物利用 307
四、减少副产物生成 307
五、改造组氨酸转运系统 307
六、辅因子工程调控 308
本章思考题 309
主要参考文献 309
第九章 三碳氨基酸细胞工厂 312
第一节 丙氨酸高产菌株代谢改造方法 312
一、丙氨酸生物合成途径及代谢调控 312
二、丙氨酸底盘菌株的构建 315
三、强化底物利用 315
四、代谢工程增强丙氨酸合成途径代谢通量 318
五、改造丙氨酸转运系统 318
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