次生代謝產(chǎn)物生物合成：原理與應(yīng)用

1 生物合成基本原理 001
1.1 基本概念 003
1.1.1 生物合成概述 003
1.1.2 次生代謝產(chǎn)物 004
1.1.3  次生代謝產(chǎn)物基本生物合成途徑 006
1.1.4 次生代謝產(chǎn)物生物合成途徑在線(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)介 006
1.2 生物合成基本要素 008
1.2.1 小分子前體 008
1.2.2 能量來(lái)源 008
1.2.3 還原力 009
1.2.4 酶的種類(lèi) 009
1.3 生物合成基本化學(xué)反應(yīng)類(lèi)型及其催化酶 011
1.3.1 共價(jià)鍵的斷裂與生成 011
1.3.2 Wagner-Meerwein 重排及異構(gòu)化反應(yīng) 015
1.3.3 基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng) 016
1.3.4 氧化- 還原反應(yīng) 017
1.4 生物合成調(diào)控原理 019
1.4.1 生物固有的調(diào)控機(jī)制 019
1.4.2 人工干預(yù)生物合成的作用原理 024
2 次生代謝產(chǎn)物生物合成研究方法 029
2.1 研究生物合成途徑的一般方法 031
2.1.1 提出途徑假說(shuō) 031
2.1.2 同位素示蹤法 032
2.1.3 前體飼喂法 033
2.1.4 針對(duì)酶的誘導(dǎo)或抑制方法 034
2.1.5 無(wú)細(xì)胞體系酶試驗(yàn)法 034
2.1.6 微生物突變株法 035
2.1.7 現(xiàn)代分子生物學(xué)研究方法 036
2.2 研究次生代謝調(diào)控的一般方法 041
2.2.1 轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控方法 041
2.2.2 翻譯水平調(diào)控方法 042
2.3 系統(tǒng)生物學(xué)研究方法 044
2.3.1 基因組學(xué) 044
2.3.2 轉(zhuǎn)錄組學(xué) 046
2.3.3 蛋白質(zhì)組學(xué) 046
2.3.4 代謝組學(xué) 048
2.3.5 代謝網(wǎng)絡(luò)的整合分析方法 050
2.4 基于次生代謝產(chǎn)物的研究方法 052
2.4.1 靶向代謝產(chǎn)物研究 052
2.4.2 非靶向代謝產(chǎn)物研究 053
3 萜類(lèi)代謝產(chǎn)物及其生物合成 055
3.1 萜類(lèi)代謝產(chǎn)物分布與分類(lèi) 057
3.2 萜類(lèi)代謝產(chǎn)物生物合成途徑 057
3.2.1 途徑總覽 057
3.2.2 IPP 合成階段 058
3.2.3 碳骨架延伸形成二級(jí)萜類(lèi)前體 060
3.2.4 碳鏈環(huán)合形成三級(jí)萜化合物組骨架 063
3.3 典型萜類(lèi)次生代謝產(chǎn)物舉例 071
3.4 萜類(lèi)生物合成的分子生物學(xué)概述 074
3.4.1 萜烯合成酶 074
3.4.2 細(xì)胞色素P450 單加氧酶 076
4 聚酮類(lèi)代謝產(chǎn)物及其生物合成 081
4.1 源于聚酮途徑的次生代謝產(chǎn)物 083
4.2 聚酮類(lèi)代謝產(chǎn)物生物合成中的主要反應(yīng) 083
4.3 典型聚酮類(lèi)代謝產(chǎn)物生物合成途徑實(shí)例 085
4.3.1 脂肪酸生物合成途徑 085
4.3.2 含芳香環(huán)的聚酮產(chǎn)物 086
4.3.3 四環(huán)素的生物合成途徑 088
4.3.4 紅霉素的生物合成途徑 089
4.4 聚酮的模塊化生物合成機(jī)制及其酶學(xué)基礎(chǔ) 092
4.4.1 聚酮的模塊化生物合成機(jī)制及多酶復(fù)合物組成 092
4.4.2 聚酮合酶的催化類(lèi)型 092
5 莽草酸與桂皮酸衍生物及其生物合成途徑 097
5.1 莽草酸生物合成途徑及其常見(jiàn)代謝產(chǎn)物 099
5.2 桂皮酸衍生物概述 103
5.2.1 簡(jiǎn)單苯丙烯（烷）類(lèi)代謝產(chǎn)物 103
5.2.2 香豆素 104
5.2.3 木脂素與木質(zhì)素 105
5.3 桂皮酸生物合成途徑 107
5.3.1 桂皮酸途徑概要 107
5.3.2 經(jīng)桂皮酸途徑合成苯甲酸衍生物 109
5.3.3 木脂素和木質(zhì)素的生物合成途徑 109
5.3.4 香豆素的生物合成途徑 110
5.4 典型莽草酸與桂皮酸合成途徑實(shí)例 112
5.4.1 水楊酸及其衍生物生物合成途徑 112
5.4.2 綠原酸生物合成途徑 112
5.5 莽草酸與桂皮酸途徑的酶學(xué)基礎(chǔ) 113
5.5.1 莽草酸途徑關(guān)鍵酶及調(diào)控 114
5.5.2 桂皮酸途徑中的酶及其調(diào)控 114
6 黃酮類(lèi)代謝產(chǎn)物及其生物合成 117
6.1 黃酮類(lèi)代謝產(chǎn)物分布與分類(lèi) 118
6.2 黃酮類(lèi)代謝產(chǎn)物生物合成途徑 119
6.3 典型黃酮類(lèi)代謝產(chǎn)物生物合成途徑實(shí)例 121
6.3.1 典型黃酮類(lèi)代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)式 121
6.3.2 黃酮類(lèi)代謝產(chǎn)物生物合成途徑及亞類(lèi)間的途徑聯(lián)系 123
6.4 類(lèi)黃酮代謝產(chǎn)物生物合成的酶學(xué)基礎(chǔ) 124
6.4.1 類(lèi)黃酮合成酶及其編碼基因結(jié)構(gòu)分析 124
6.4.2 類(lèi)黃酮生物合成途徑中系列關(guān)鍵酶的細(xì)胞定位 126
6.4.3 植物類(lèi)黃酮生物合成的基因調(diào)控 127
6.5 相似途徑合成的非黃酮代謝產(chǎn)物 128
7 生物堿與非核糖體途徑多肽類(lèi)生物合成 131
7.1 生物堿的分布與分類(lèi) 133
7.2 典型生物堿的生物合成途徑 133
7.2.1 來(lái)源于鳥(niǎo)氨酸的生物堿 133
7.2.2 來(lái)源于賴(lài)氨酸的生物堿 135
7.2.3 來(lái)源于鄰氨基苯甲酸的生物堿 137
7.2.4 來(lái)源于苯丙氨酸或酪氨酸的生物堿 137
7.2.5 來(lái)源于色氨酸的生物堿 142
7.2.6 其他來(lái)源途徑的生物堿 144
7.3 非核糖體多肽產(chǎn)物概述 147
7.3.1 NRPs 的生物活性 147
7.3.2 常見(jiàn)NRPs 的分子結(jié)構(gòu)類(lèi)型 147
7.4 NRPs 的生物合成機(jī)制 149
7.4.1 青霉素類(lèi)代謝產(chǎn)物生物合成途徑 149
7.4.2 NPRs 產(chǎn)物生物合成機(jī)制 149
7.5 NRPS的分類(lèi)與催化類(lèi)型 152
8 皂苷類(lèi)代謝產(chǎn)物及其生物轉(zhuǎn)化 155
8.1 皂苷類(lèi)代謝產(chǎn)物的分類(lèi)及分布 157
8.2 植物皂苷生物合成與轉(zhuǎn)化的酶學(xué)基礎(chǔ) 157
8.2.1 皂苷常見(jiàn)的轉(zhuǎn)化反應(yīng) 157
8.2.2 皂苷生物轉(zhuǎn)化酶的類(lèi)型與來(lái)源 160
8.3 植物皂苷類(lèi)的微生物轉(zhuǎn)化原理與應(yīng)用 164
8.3.1 微生物轉(zhuǎn)化植物皂苷生產(chǎn)皂素 164
8.3.2 微生物對(duì)植物皂素的轉(zhuǎn)化利用 166
9 植物次生代謝生物合成調(diào)控原理與應(yīng)用 173
9.1 植物次生代謝合成調(diào)控特點(diǎn)及調(diào)控規(guī)律 175
9.1.1 植物次生代謝產(chǎn)物及其合成調(diào)控特點(diǎn) 175
9.1.2 植物次生代謝產(chǎn)物生物合成的調(diào)控規(guī)律 176
9.2 植物次生代謝產(chǎn)物生產(chǎn)技術(shù)及其調(diào)控 180
9.2.1 藥用植物人工規(guī)模化種植 180
9.2.2 植物細(xì)胞培養(yǎng)合成次生代謝物及其影響因素的調(diào)控規(guī)律 181
9.2.3 植物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)生產(chǎn)天然產(chǎn)物 183
9.2.4 毛狀根培養(yǎng)生產(chǎn)植物次生代謝物技術(shù) 186
9.2.5 植物內(nèi)生真菌生產(chǎn)次生代謝產(chǎn)物技術(shù) 187
9.3 植物次生代謝調(diào)控原理與技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例 189
9.3.1 紅豆杉中紫杉醇的生物合成與調(diào)控 189
9.3.2 人參皂苷生物合成和次生代謝調(diào)控 193
10 微生物次生代謝的調(diào)控原理與應(yīng)用 197
10.1 微生物次生代謝產(chǎn)物及其生物合成模式特點(diǎn) 199
10.1.1 微生物次生代謝產(chǎn)物概述 199
10.1.2 微生物次生代謝產(chǎn)物生物合成模式及其特點(diǎn) 204
10.2 微生物對(duì)次生代謝的調(diào)控原理 206
10.2.1 微生物次生代謝酶的調(diào)控 206
10.2.2 分解代謝物對(duì)次生代謝的調(diào)節(jié) 209
10.2.3 環(huán)境因子對(duì)次生代謝的調(diào)控 211
10.2.4 基于代謝網(wǎng)絡(luò)的次生代謝調(diào)控 215
10.3 微生物次生代謝調(diào)控策略與技術(shù) 217
10.3.1 微生物次生代謝調(diào)控策略 218
10.3.2 微生物次生代謝調(diào)控技術(shù) 220
10.3.3 優(yōu)化發(fā)酵過(guò)程，促進(jìn)目標(biāo)次生代謝產(chǎn)物大量累積 222
10.4 微生物次生代謝物調(diào)控應(yīng)用實(shí)例 225
10.4.1 微生物生產(chǎn)抗生素類(lèi)產(chǎn)物的合成調(diào)控 225
10.4.2 微生物多不飽和脂肪酸合成代謝調(diào)控研究實(shí)例 226
10.4.3 復(fù)雜代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)控實(shí)例 226
11 合成生物學(xué)在次生代謝產(chǎn)物生產(chǎn)中的應(yīng)用 231
11.1 合成生物學(xué)與次生代謝產(chǎn)物生物合成 233
11.1.1 合成生物學(xué)概念與發(fā)展簡(jiǎn)況 233
11.1.2 合成生物學(xué)在生產(chǎn)次生代謝產(chǎn)物中的研究進(jìn)展 235
11.2 宿主菌的選擇與底盤(pán)設(shè)計(jì) 236
11.2.1 宿主菌選擇的一般原則 236
11.2.2 典型底盤(pán)簡(jiǎn)介 236
11.2.3 人工多菌體系的構(gòu)建 238
11.3 合成生物學(xué)中的合成路線(xiàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化 240
11.3.1 生物合成蝦青素全局設(shè)計(jì)及模塊優(yōu)化 240
11.3.2 從二氧化碳合成淀粉的路線(xiàn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化 241
11.4 生物合成途徑的重構(gòu)及關(guān)鍵酶的挖掘與優(yōu)化 241
11.4.1 生物合成途徑的重構(gòu)與酶的挖掘241
11.4.2 生物合成途徑中酶的設(shè)計(jì)與優(yōu)化 243
11.5 合成生物學(xué)制造天然產(chǎn)物的應(yīng)用實(shí)例 247
11.5.1 青蒿酸的生物制造 247
11.5.2 人參皂苷的生物制造 247
11.5.3 β-煙酰胺單核苷酸的生物制造 247