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第1章 生物合成基本原理 1

1.1 基本概念 1

1.1.1 生物合成概念 1

1.1.2 次生代谢产物 2

1.1.3 次生代谢产物基本生物合成途径 7

1.2 生物合成基本要素 10

1.2.1 小分子前体 10

1.2.2 生物能 13

1.2.3 还原力 14

1.2.4 酶的种类 15

1.3 生物合成基本反应类型 23

1.3.1 C—C共价键的断裂与生成 23

1.3.2 基团转移反应 24

1.3.3 重排及烃化反应 28

1.3.4 氧化还原反应 30

1.4 生物合成基本调控原理 32

1.4.1 生物固有的调控机制 32

1.4.2 人工干预生物合成的作用原理 37

参考文献 41

第2章 次生代谢产物生物合成研究方法 43

2.1 研究生物合成途径的一般方法 43

2.1.1 前体饲喂法 43

2.1.2 无细胞体系酶法 44

2.1.3 同位素示踪法 45

2.1.4 诱导剂或抑制剂添加法 46

2.1.5 突变株法 46

2.1.6 基于分子生物学的研究方法 47

2.2 研究次生代谢调控的一般方法 50

2.2.1 转录水平调控方法 50

2.2.2 翻译水平调控方法 51

2.3 基于网络的系统生物学研究方法 53

2.3.1 基因组学方法 54

2.3.2 转录组学方法 54

2.3.3 蛋白质组学方法 54

2.3.4 代谢组学方法 55

2.3.5 基于网络的代谢途径分析方法 57

2.4 基于次生代谢产物的分析方法 58

2.4.1 目标代谢物分析法 58

2.4.2 代谢轮廓法 59

参考文献 60

第3章 次生代谢产物生物合成途径 63

3.1 生物碱 63

3.1.1 生物碱定义、分布与分类 63

3.1.2 生物碱生物合成途径 64

3.1.3 长春花生物碱生物合成分子生物学研究概述 72

3.2 萜类 75

3.2.1 萜类分布与分类 75

3.2.2 萜类生物合成途径 76

3.2.3 萜类生物合成分子生物学研究概述 82

3.3 黄酮类 85

3.3.1 黄酮类分布与分类 85

3.3.2 黄酮类生物合成途径 86

3.3.3 黄酮类生物合成分子生物学研究概述 88

3.4 香豆素与木脂素 90

3.4.1 香豆素与木脂素结构类型和分布 90

3.4.2 香豆素与木脂素生物合成途径 92

3.5 蒽醌类 94

3.5.1 蒽醌类分布、结构类型与分类 94

3.5.2 蒽醌类物质合成途径 95

3.5.3 蒽醌生物合成分子生物学概述 96

3.6 皂苷类 98

3.6.1 皂苷类结构类型、分类及分布 98

3.6.2 植物皂苷生物合成分子生物学概述 100

3.7 聚酮类 101

3.7.1 源于聚酮途径的次生代谢产物 101

3.7.2 聚酮类生物合成途径 102

3.7.3 聚酮的模块化生物合成及多酶复合物 105

3.8 β-内酰胺类 107

3.8.1 β-内酰胺类抗生素化学结构概要 107

3.8.2 β-内酰胺类生物合成途径 108

3.8.3 β-内酰胺类生物合成途径中的相关酶类 108

3.9 氨基糖苷类生物合成途径 111

3.10 非核糖体途径多肽类 112

3.10.1 非核糖体途径多肽类的存在与应用概述 112

3.10.2 NRPs生物合成机制 113

3.10.3 NRPSs模块化合成的结构域 114

参考文献 116

第4章 植物次生代谢产物生物合成调控原理及应用 117

4.1 植物次生代谢产物概述 117

4.2 植物次生代谢产物生物合成调控 118

4.2.1 植物次生代谢调控特点 118

4.2.2 个体水平的调控及应用 119

4.2.3 细胞水平的调控及应用 121

4.2.4 分子水平的调控及应用 126

4.3 植物次生代谢产物的药源途径 128

4.3.1 药用植物人工种植 128

4.3.2 化学全合成与半合成 130

4.3.3 植物细胞大规模培养 130

4.3.4 毛状根培养 137

4.3.5 植物内生真菌 138

4.4 植物次生代谢产物合成调控原理举例 141

4.4.1 紫杉醇生物合成的代谢调控 141

4.4.2 人参皂苷生物合成的代谢调控 145

参考文献 149

第5章 微生物次生代谢产物合成调控原理及应用 152

5.1 微生物次生代谢产物及其生物合成特点 152

5.1.1 微生物次生代谢产物概述 152

5.1.2 微生物次生代谢的特点 160

5.2 微生物合成次生代谢产物的调控原理 162

5.2.1 微生物次生代谢酶的调控 163

5.2.2 分解代谢物对次生代谢的调节 167

5.2.3 环境因子对次生代谢的调控 171

5.2.4 基于代谢网络的次生代谢调控 176

5.3 微生物次生代谢产物合成调控策略 180

5.3.1 基于目标次生代谢产物生理作用的调控策略 180

5.3.2 基于目标次生代谢产物合成代谢网络的调控策略 181

5.3.3 优化微生物细胞环境的调控策略，促进目标次生代谢产物合成 184

5.4 微生物次生代谢产物生物合成调控应用 187

5.4.1 超表达紫杉醇合成关键酶基因，促进紫杉醇合成 187

5.4.2 构筑新的合成途径，促进ARA和EPA油脂合成 192

5.4.3 优化控制红法夫酵母培养基，促进虾青素产物大量积累 194

参考文献 200

第6章 代谢网络调控研究方法及应用 203

6.1 代谢网络的概念 203

6.1.1 代谢网络的基本属性 203

6.1.2 代谢网络结构与层次 204

6.2 代谢网络的定量分析 206

6.2.1 代谢物流分析 207

6.2.2 代谢控制分析 210

6.2.3 生化系统理论 211

6.2.4 代谢网络优化 212

6.3 代谢网络调控在次生代谢研究中的应用 214

6.3.1 代谢网络调控研究的意义 214

6.3.2 植物次生代谢网络与环境胁迫 219

6.3.3 调控实例——青蒿素生物合成代谢网络及其环境因子的研究 223

6.3.4 网络调控在微生物代谢工程研究中的应用 227

6.3.5 复杂代谢网络调控实例 230

参考文献 232

第7章 次生和代谢产物生物合成研究新进展 234

7.1 代谢工程及其在次生代谢产物生物合成中的应用进展 234

7.1.1 代谢工程概念 234

7.1.2 聚酮类化合物代谢工程进展 235

7.1.3 黄酮类化合物代谢工程进展 237

7.1.4 萜类化合物代谢工程进展 238

7.2 合成生物学及其在次生代谢产物生物合成中的应用 242

7.2.1 合成生物学概念 242

7.2.2 合成生物学研究思路 243

7.2.3 合成生物学在次生代谢产物合成中的应用前景 244

参考文献 247