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合成生物学中的代谢工程与合成途径合成生物学是一门以细胞为基本单元，通过运用基因工程和交叉学科技术，设计新型合成途径、合成系统的生物学学科。
其中，代谢工程和合成途径是合成生物学的重要方向，它们能够对生产生物物质的效率和产量进行调控和优化，实现大规模的生产。
一、代谢工程代谢工程是指通过对细胞代谢途径中的关键反应进行调控，优化代谢流程，从而达到生产特定物质的目的。
它主要包括三个方面的内容：基因敲除、基因过表达和基因调控。
基因敲除是指通过基因编辑技术，将某些影响细胞代谢的基因删除、失活或改变它们的表达量。
这种方法常用于消除代谢产物的反应途径，减少代谢产物的分解，从而提高对应产物的合成效率。
基因过表达则是通过增加关键基因的表达量，促进代谢途径中对应物质的合成。
例如，将其它生物合成具有商业价值的物质的产生基因导入生产目标某物种细胞中，增加细胞合成目标物质的能力。
基因调控在代谢工程中也扮演了重要角色。
通过增加或降低转录因子或结合蛋白等对基因的调控，可以增加或降低特定代谢途径的反应速率，改变代谢产物分配的比例，从而实现对特定代谢途径进行调控和优化。
二、合成途径合成途径是实现目标物质生产的具体途径。
其中最常用的策略是通过代谢工程的手段，设计新的代谢途径来实现特定物质的生产。
比如，曾经有一些研究者尝试将辣椒中产生辣味的化学物质香辣素转化为生物合成代谢途径中的物质，从而实现了在大肠杆菌中合成香辣素的目标。
这样不仅节约了合成香辣素的成本，而且减轻了合成香辣素时对环境的污染。
另外，还有许多利用合成生物学的手段开发新的代谢途径，从而实现低成本、高效率合成某些生物物质的例子。
例如，利用毒素素（toxoflavin）的生物合成途径，设计新型的代谢途径来合成氨基酸苯丙氨酸或丁二酸等，从而实现对上述物质的生产。
再如，一些研究者利用代谢工程的手段，通过改变乳酸种类和质量进行调控，设计了乳酸生物合成工程，成功合成了其他有机物质。
总的来说，代谢工程和合成途径是合成生物学中的两个重要方向，它们的研究对于生物制药、生物材料生产和生物能源产业的发展都有着重要的推动作用。
代谢工程科技名词定义中文名称：代谢工程英文名称：metabolic engineering定义：通过基因工程的方法改变细胞的代谢途径。
所属学科：生物化学与分子生物学（一级学科）；新陈代谢（二级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布代谢工程书籍图代谢工程（Metabolic engineering）是生物工程的一个新的分支。
代谢工程把量化代谢流及其控制的工程分析方法和用以精确制订遗传修饰方案并付之实施的分子生物学综合技术结合起来，以上述“分析——综合”反复交替操作、螺旋式逼近目标的方式，在较广范围内改善细胞性能，以满足人类对生物的特定需求的生物工程。
目录发展前沿展开编辑本段发展为了满足人类对生物的特定需求而对微生物进行代谢途径操作，已有将近半个世纪的历史了。
在氨基酸、抗生素、溶剂和维生素的发酵法生产中，都可以找到一些典型实例。
操作的主要方法是，用化学诱变剂处理微生物，并用创造性的筛选技术来检出已获得优良性状的突变菌株。
尽管这种方法已被广泛地接受并已取得好的效果，但对突变株的遗传和代谢性状的鉴定是很不够的，更何况诱变是随机的，科学不足技巧补！DNA重组的分子生物学技术的开发把代谢操作引进了一个新的层面。
遗传工程使我们有可能对代谢途径的指定酶反应进行精确的修饰，因此，有可能构建精心设计的遗传背景。
DNA重组技术刚进入可行阶段不久，就出现了不少可用来说明这种技术在定向的途径修饰方面的潜在应用的术语。
如分子育种（1981年），体外进化（1988年），微生物工程或代谢途径工程（1988~1991年），细胞工程（1991年）和代谢工程（1991年）。
尽管不同的作者提出不完全相同的定义，这些定义均传达了与代谢工程的总目标和手段相似的含义。
我们曾经把代谢工程定义为，代谢工程就是用DNA重组技术修饰特定的生化反应或引进新的生化反应，直接改善产物的形成和细胞的性能的学科。
这样定义代谢工程强调了代谢工程工作目标的确切性。
代谢工程名词解释
代谢工程
代谢工程是一门研究利用生物技术手段对生物体代谢进行优化和调控的学科。
它综合运用生物学、生物化学、分子生物学、计算机科学等多学科知识，利用基因工程、蛋白工程、酶工程等技术手段，旨在通过调节代谢途径、改变代谢产物生成、提高生物反应器效率等方法，达到提高生产效率、生产新化合物或降低资源消耗的目的。
代谢途径
代谢途径是生物体内进行物质转化和能量转换的路线。
常见的代谢途径包括糖分解途径、脂肪酸合成途径、氨基酸代谢途径等。
通过对代谢途径的研究，代谢工程可以发现调控点并进行优化，从而实现对特定化合物的高效生产。
基因工程
基因工程是利用DNA重组和修改技术来改变生物体的遗传信息。
在代谢工程中，基因工程常用于改变代谢途径中的限速酶活性、优化底物转化率等。
通过定向改变特定基因的表达水平或引入外源基因，可以实现对代谢产物的调控。
蛋白工程
蛋白工程是通过改变蛋白质的结构和功能来改变生物体的代谢性能。
代谢工程中常利用蛋白工程技术改变代谢途径中的酶的催化性能，提高酶的稳定性和活性。
蛋白工程手段包括点突变、重组蛋白表达等。
酶工程
酶工程是通过改变酶的结构和功能来改变生物体的代谢性能。
代谢工程中常利用酶工程技术改变代谢途径中的催化酶的特性，提高底物转化效率和产物选择性。
酶工程手段包括蛋白工程、酶的固定化等。
代谢工程基础生物化学代谢工程是一门将生物学、化学工程和计算机科学有机结合的交叉学科，它致力于通过对生物系统代谢通路的调控和优化来实现高效的代谢工程应用。
在代谢工程中，基础生物化学知识是至关重要的，只有深入理解生物体内代谢途径的基本原理，才能够进行有效的代谢工程设计和实践。
1. 代谢途径代谢是生物体内进行能量转化和物质合成的过程，包括有氧呼吸、无氧发酵、葡萄糖酵解、脂肪酸合成等多种途径。
其中，有氧呼吸是最主要的能量供给途径，通过氧化糖类物质产生ATP，并释放CO2和H2O。
而无氧发酵则是在缺氧条件下进行的，产生的乳酸或酒精可以在某些微生物中被进一步利用。
2. 代谢调控生物体内的代谢反应受到多种调控机制的影响，包括底物水平、酶活性、反馈抑制等。
其中，反馈抑制是一种常见的调控方式，即当代谢产物的浓度达到一定水平时，会抑制代谢途径中的关键酶活性，达到维持代谢平衡的效果。
3. 代谢工程设计在代谢工程中，研究人员通过基因工程和蛋白工程手段来改变生物体内代谢通路的结构和功能，以实现特定的生产目的。
例如，通过将外源基因导入细胞中，可以使其表达特定的代谢途径，产生目标产物。
同时，也可以通过调控内源基因的表达水平来优化代谢途径的效率。
4. 应用领域代谢工程在生物医药、生物燃料、生物材料等领域具有广泛的应用前景。
通过改造微生物代谢途径，可以实现生产抗肿瘤药物、生物可降解塑料等产品。
同时，代谢工程也可以提高微生物对废水中有机物的降解能力，实现环境友好型生产方式。
5. 发展趋势随着生物技术的不断发展，代谢工程在精准医疗、精准农业等领域的应用将会越来越广泛。
未来，通过计算机模拟等手段，还将实现对生物体内代谢通路的精准调控，为生物工业的发展带来更多可能。
总结：代谢工程基础生物化学是一门重要的交叉学科，它将生物化学原理应用于代谢工程的设计和实践中。
深入理解代谢途径、代谢调控、代谢工程设计等基础知识，可以帮助人们更好地利用生物体内的生物反应进行工业生产和环境治理。
