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1 概述1

1.1 途径工程的基本概念1

1.1.1 途径工程和基本定义1

1.1.2 途径工程的基本过程3

1.1.3 途径工程的基本原理5

1.2 途径工程的研究内容7

1.2.1 途径工程的研究概要7

1.2.2 途径工程的研究技术8

1.2.3 途径工程的研究战略8

1.3 途径工程的研究意义11

1.3.1 生物工程的学科体系11

1.3.2 途径工程的重要地位12

1.3.3 途径工程的发展前景17

2 细胞代谢途径的解析与控制20

2.1 细胞代谢的基本概念20

2.1.1 胞内代谢概况20

2.1.2 胞内代谢的物料平衡与数据的重现必23

2.2 代谢途径的组合24

2.3 细胞代谢流的分析与测定28

2.3.1 细胞代谢流分析的基本理论28

2.3.2 解脂假丝酵母柠檬酸发酵代旋流的分析31

2.3.3 细胞代谢流的测定32

2.4 代谢网络的结构分析及其应用33

2.4.1 代谢网络结构组成的基本概念33

2.4.2 代谢刚性34

2.4.3 代谢网络结构的基本类型35

2.4.4 代谢网络的节点36

2.4.5 网络应答(Network Response)38

2.4.6 主要节点刚性的评估39

2.4.7 1,6-二磷酸果糖的超量生产39

2.5 代谢控制分析44

2.5.1 代谢控制分析的基本理论44

2.5.2 代谢途径分析的应用46

2.5.3 代谢控制分析的局限性48

3 途径操作的基本原理与技术50

3.1 原核生物的同源重组50

3.1.1 原核细菌的基因转移程序50

3.1.2 与同源重组有关的原核生物基因54

3.1.3 同源重组途径57

3.1.4 同源重组模型58

3.1.5同源重组的影响因素60

3.1.6 同源重组在途径操作中的实际应用60

3.2 真核生物的基因打靶66

3.2.1 真核细胞的基因导入法66

3.2.2 基因打靶的战略76

3.2.3 提高基因打靶效率的途径80

3.2.4 基因敲除的实际应用81

3.3 转座子与转座作用81

3.3.1 插入顺序82

3.3.2 复合元件83

3.3.3 转座的分子机制84

3.4 逆转录病毒与逆座子86

3.4.1 包含类似转座过程的逆转录病毒生活周期87

3.4.2 酵母转座子Ty元件的结构与功能92

3.4.3 逆座子的基本特性93

4 初级代谢的途径95

4.1 乙醇95

4.1.1 发酵生产乙醇的95

4.1.2 酵母菌属乙醇发酵途径的改良98

4.1.3 移动发酵单胞菌中戊糖代谢途径的引入100

4.1.4 梭菌属生产乙醇的可行性分析101

4.1.5 生产乙醇的重组大肠杆菌的构建102

4.1.6 产酸克雷伯氏菌中乙醇生成途径的引入104

4.1.7 直接利用太阳能合成乙醇的光合细菌途径设计105

4.2 有机酸醇106

4.2.1 丙酮丁醇107

4.2.2 1,2-丙一醇109

4.2.3 1,3-丙二醇110

4.2.4 丙三醇(甘油)111

4.2.5 木糖醇112

4.2.6 琥珀酸112

4.2.7 乳酸114

4.2.8 联乙酰115

4.3 氨基酸116

4.3.1 氨基酸途径工程的操作战略117

4.3.2 苏氨酸工程菌的构建117

4.3.3 导亮氨酸工程菌的构建120

4.3.4 芳香族氨基酸工程菌的构建121

4.3.5 赖氨酸工程菌的构建123

4.3.6 丙氨酸工程菌的构建126

4.4 维生素126

4.4.1 维生素C127

4.4.2 生物素128

4.4.3 维生素A129

4.4.4 辅酶Q130

4.5 生物色素136

4.5.1靛蓝136

4.5.2 类胡萝卜素136

4.6 多聚物141

4.6.1 聚羟烷酸酯(PHAS)142

4.6.2聚羟丁酯戊酯共聚物(PHBV)143

4.6.3产多聚物的转基因植物144

4.6.4果聚糖145

4.6.5黄原胶146

4.7 氢气149

5 次级代谢的途径工程151

5.1 聚酮类抗生素的生物合成途径151

5.1.1 红霉素151

5.1.2 雷帕霉素156

5.1.3 得福霉素158

5.1.4 除虫菌素160

5.1.5 泰乐菌素162

5.1.6 道诺红菌养和阿霉素164

5.1.7 丁省霉素166

5.1.8 放线菌紫素167

5.1.9 光神霉素168

5.1.10 乌达霉素170

5.2 聚酮生物合成的途径操作170

5.2.1 聚酮生物合成的分子机制171

5.2.2 聚酮合酶各组成模件的操作战略171

5.2.3 聚酮生物合成基因的异源表达174

5.3 非核糖体肽类化合物的途径操作175

5.3.1 非核糖体肽合成酶结构与催化剂制176

5.3.2 杂合肽-聚酮天然产物的生物合成177

5.3.3 NRPS和PKS功能杂合模式的遗传学184

5.3.4 杂合肽-聚酮类代旋物途径操作的发展前景187

5.4 -内酰胺类抗生素的途径操作188

5.4.1 青霉素和头孢菌素的生物合成途径188

5.4.2 青霉素和头孢菌素的途径代谢流控制191

5.4.3 青霉素和头孢菌素的途径设计192

5.4.4 克拉维酸的生物合成途径193

5.4.5 碳青霉烯类抗生素的生物合成途径194

5.5 氨基糖苷类抗生素的生物合成途径197

5.6 林可胺类抗生素的生物合成途径199

6 细胞遗传特性修饰的途径工程202

6.1 非生物物质的降解202

6.1.1 微生物物降解非生物物质的战略202

6.1.2 聚氯联苯的降解204

6.1.3 氯代烯烃的降解205

6.1.4 苯、甲苯和对二甲苯混合物的降解209

6.2 碳氮代谢途径设计211

6.2.1 氮代谢途径的优化212

6.2.2 底物吸收的改善212

6.2.3 底物利用范围的扩展213

6.2.4 糖酵解途径的修饰218

6.2.5 葡萄糖效应的解除218

6.2.6 辅助因子工程220

6.3 微生物生理特性改良221

6.3.1 氧利用率的提高221

6.3.2 超代谢流的防止222

6.3.3 遗传稳定性的维持224

6.3.4 蛋白质加工过程的强化227

6.3.5 生物过程性能的改良227

6.4 植物遗传特性修饰228

6.4.1 控制果实成熟的转基因植物230

6.4.2 抗虫害的转基因植物231

6.4.3 抗病毒的转基因植物232

6.4.4 抗除草剂的转基因植物233

6.4.5 改变花型花色的转基因植物234

6.4.6 抗环境压力的转基因植物234

6.4.7 产生高品质产物的转基因植物234

6.5 转基因动物构建235

6.5.1 转基因鼠235

6.5.2 转基因兔、猪、和羊236

6.5.3 转基因牛237

6.5.4 转基因鸡237

6.5.5 转基因鱼237

6.6 基因治疗238

6.6.1 基因治疗的基本战略239

6.6.2 治疗基因的选择240

6.6.3 基因转移的方式241

6.6.4 转基因表达的控制243

6.6.5 遗传病的治疗243