次生代謝產(chǎn)物生物合成：原理與應用

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數(shù)據(jù)庫簡介 006
1.2 生物合成基本要素 008
1.2.1 小分子前體 008
1.2.2 能量來源 008
1.2.3 還原力 009
1.2.4 酶的種類 009
1.3 生物合成基本化學反應類型及其催化酶 011
1.3.1 共價鍵的斷裂與生成 011
1.3.2 Wagner-Meerwein 重排及異構(gòu)化反應 015
1.3.3 基團轉(zhuǎn)移反應 016
1.3.4 氧化- 還原反應 017
1.4 生物合成調(diào)控原理 019
1.4.1 生物固有的調(diào)控機制 019
1.4.2 人工干預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 031
2.1.2 同位素示蹤法 032
2.1.3 前體飼喂法 033
2.1.4 針對酶的誘導或抑制方法 034
2.1.5 無細胞體系酶試驗法 034
2.1.6 微生物突變株法 035
2.1.7 現(xiàn)代分子生物學研究方法 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)生物學研究方法 044
2.3.1 基因組學 044
2.3.2 轉(zhuǎn)錄組學 046
2.3.3 蛋白質(zhì)組學 046
2.3.4 代謝組學 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 萜類代謝產(chǎn)物及其生物合成 055
3.1 萜類代謝產(chǎn)物分布與分類 057
3.2 萜類代謝產(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萜類前體 060
3.2.4 碳鏈環(huán)合形成三級萜化合物組骨架 063
3.3 典型萜類次生代謝產(chǎn)物舉例 071
3.4 萜類生物合成的分子生物學概述 074
3.4.1 萜烯合成酶 074
3.4.2 細胞色素P450 單加氧酶 076
4 聚酮類代謝產(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 聚酮類代謝產(chǎn)物生物合成中的主要反應 083
4.3 典型聚酮類代謝產(chǎn)物生物合成途徑實例 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制及其酶學基礎(chǔ) 092
4.4.1 聚酮的模塊化生物合成機制及多酶復合物組成 092
4.4.2 聚酮合酶的催化類型 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代謝產(chǎn)物 099
5.2 桂皮酸衍生物概述 103
5.2.1 簡單苯丙烯（烷）類代謝產(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 黃酮類代謝產(chǎn)物及其生物合成 117
6.1 黃酮類代謝產(chǎn)物分布與分類 118
6.2 黃酮類代謝產(chǎn)物生物合成途徑 119
6.3 典型黃酮類代謝產(chǎn)物生物合成途徑實例 121
6.3.1 典型黃酮類代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)式 121
6.3.2 黃酮類代謝產(chǎn)物生物合成途徑及亞類間的途徑聯(lián)系 123
6.4 類黃酮代謝產(chǎn)物生物合成的酶學基礎(chǔ) 124
6.4.1 類黃酮合成酶及其編碼基因結(jié)構(gòu)分析 124
6.4.2 類黃酮生物合成途徑中系列關(guān)鍵酶的細胞定位 126
6.4.3 植物類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生物合成 131
7.1 生物堿的分布與分類 133
7.2 典型生物堿的生物合成途徑 133
7.2.1 來源于鳥氨酸的生物堿 133
7.2.2 來源于賴氨酸的生物堿 135
7.2.3 來源于鄰氨基苯甲酸的生物堿 137
7.2.4 來源于苯丙氨酸或酪氨酸的生物堿 137
7.2.5 來源于色氨酸的生物堿 142
7.2.6 其他來源途徑的生物堿 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NRPs 的分子結(jié)構(gòu)類型 147
7.4 NRPs 的生物合成機制 149
7.4.1 青霉素類代謝產(chǎn)物生物合成途徑 149
7.4.2 NPRs 產(chǎn)物生物合成機制 149
7.5 NRPS的分類與催化類型 152
8 皂苷類代謝產(chǎn)物及其生物轉(zhuǎn)化 155
8.1 皂苷類代謝產(chǎn)物的分類及分布 157
8.2 植物皂苷生物合成與轉(zhuǎn)化的酶學基礎(chǔ) 157
8.2.1 皂苷常見的轉(zhuǎn)化反應 157
8.2.2 皂苷生物轉(zhuǎn)化酶的類型與來源 160
8.3 植物皂苷類的微生物轉(zhuǎn)化原理與應用 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)控原理與應用 173
9.1 植物次生代謝合成調(diào)控特點及調(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 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)?；N植 180
9.2.2 植物細胞培養(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)的應用實例 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)控原理與應用 197
10.1 微生物次生代謝產(chǎn)物及其生物合成模式特點 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 204
10.2 微生物對次生代謝的調(diào)控原理 206
10.2.1 微生物次生代謝酶的調(diào)控 206
10.2.2 分解代謝物對次生代謝的調(diào)節(jié) 209
10.2.3 環(huán)境因子對次生代謝的調(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)酵過程，促進目標次生代謝產(chǎn)物大量累積 222
10.4 微生物次生代謝物調(diào)控應用實例 225
10.4.1 微生物生產(chǎn)抗生素類產(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)控研究實例 226
10.4.3 復雜代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)控實例 226
11 合成生物學在次生代謝產(chǎn)物生產(chǎn)中的應用 231
11.1 合成生物學與次生代謝產(chǎn)物生物合成 233
11.1.1 合成生物學概念與發(fā)展簡況 233
11.1.2 合成生物學在生產(chǎn)次生代謝產(chǎn)物中的研究進展 235
11.2 宿主菌的選擇與底盤設(shè)計 236
11.2.1 宿主菌選擇的一般原則 236
11.2.2 典型底盤簡介 236
11.2.3 人工多菌體系的構(gòu)建 238
11.3 合成生物學中的合成路線設(shè)計與優(yōu)化 240
11.3.1 生物合成蝦青素全局設(shè)計及模塊優(yōu)化 240
11.3.2 從二氧化碳合成淀粉的路線設(shè)計與優(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)計與優(yōu)化 243
11.5 合成生物學制造天然產(chǎn)物的應用實例 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