代謝工程(2015年高等教育出版社出版書籍)

成書過程

編寫情況

《代謝工程》是為了滿足教學、科研以及工業生物技術快速發展的需要，基於中國國內外代謝工程理論與實踐的新成果，結合編者從事代謝工程教學與科研體會而編著的。

該書內容、結構及各章編著者由趙學明統籌安排、邀請，並分別與各章作者討論、修改初稿。在此基礎上，由趙學明、陳濤、王智文三人對書稿進一步修改、統稿與格式調整。各章的編著者分別是：第1、12章，趙學明；第2~5章，陳濤；第6章，楊琛、花強、柳志傑；第7章，郝彤；第8章，史碩博、陳磊、張衛文；第9章，程景勝；第10、11章，王智文。美國聖路易斯華盛頓大學的唐寅傑教授、中國科學院天津工業生物技術研究所的馬紅武研究員分別對第6、7章初稿進行了審閱，並提出了修改建議。研究生李寧提供了第4章基元模式分析的套用實例。喬建軍博士提供了第9章的部分例題。研究生李一凡編寫了第12章的多元基因組工程，李炳志博士和研究生張文政編寫了合成酵母基因組的相關內容。

《Metabolic Engineering:Principles and Methodologies》一書的作者——美國麻省理工學院的Stephanopoulos教授對該書的出版名稱做出了建議。瑞典查爾姆斯理工大學的Nielsen教授為該書作了序。

出版工作

2015年3月5日，《代謝工程》由高駝項重等教育出版社出版。

出版社工作人員

策劃編輯	責任編輯	封面設計	責任印製
王莉	高新景	張楠	劉思涵

內容簡介

全書共分12章，該書闡述了代謝工程的基本原理與方法，並設立專門章節分別介紹“基於“C同位素信息的代謝通量分析”“基因組尺度代謝網路道寒嚷旋模型”“轉錄組學”“蛋白質組學”“代謝組學”“進化工程”和“合成生物學”等技術在代謝工程中的套用，並列舉了代謝工程的典型實例臭定槓。

教材目錄

前輔文

1 緒戰拘煮榆論

1.1 代謝工程學科的建立

1.1.1 背景

1.1.2 代謝工程學科的建立

1.1.3 代謝工程的定義

1.1.4 代謝工程的理論框架

1.2 代謝工程發展的標誌

1.2.1 代謝工程學術會議

1.2.2 代謝工程教科書及學術專著

1.2.3 國際代謝工程學會

1.2.4 代謝工程學術刊物

1.2.5 代謝工程學術論文

1.2.6 代謝工程研究方法的進化

1.3 代謝工程研究進展

2 細胞代謝反應和調節方式

2.1 細胞生長

2.2 細胞代謝反應的基本坑鴉類型和功能

2.2.1 運輸反應

2.2.2 供能反應與分解代謝

2.2.3 生物合成反應與聚合反應

2.3 酶活性的主要調節方式及酶動力學

2.3.1 酶活性的主要調節方式

2.3.2 酶動力學

2.4 酶表達水平的調節

2.4.1 底物誘導

2.4.2 終產物阻遏

2.4.3 基因表達的弱化機制

2.4.4 核糖核酸開關對基因表達的調控

2.4.5 翻譯的控制

2.4.6 酶分子降解的調節

2.5 流通代謝物及全局調控

2.5.1 流通代謝物

2.5.2 全局調控

3 生化反應質量平衡與模型

3.1 生物量化學式

3.2 生物反應的質量平衡方程

3.2.1 間歇培養

3.2.2 連續培養

3.3 比反應速率與得率係數

3.4 生物反應的黑箱模型

3.4.1 黑箱模型的元素平衡和還原度平衡

3.4.2 黑箱模型測量數據一致性的檢驗

3.4.3 黑箱化學計量模型的系統分析

3.4.4 測量數據的最優估計和h檢驗

4 代謝通量分析

4.1 代謝通量分析的原理

4.1.1 無細胞生長時的代謝通量分析

4.1.2 有細胞生長時的代謝通量分析

4.2 基於測量數據的代謝通量分析

4.2.1 正定系統

4.2.2 超定系統

4.3 基於線性規劃的通量平衡分析

4.4 同位素標記法測定代灶屑采謝通量簡介

4.5 基元模式分析

4.5.1 基元模式分析與極端途徑分析

4.5.2 基元模式分析的套用實例

5 代謝控制分析

5.1 代謝控制分析的基礎

5.1.1 通量控制係數及其加和定理

5.1.2 濃度控制係數及其加和定理

5.1.3 彈性係數和連線定理

5.1.4 參數彈性係數及MCA理論的通用表達式

5.2 通量控制係數的確再希凳定方法

5.2.1 直接法

5.2.2 間接法

5.2.3 Linlog動力學法

5.2.4 瞬態代謝物濃度法

5.2.5 大擾動法

5.3 部分守恆循環途徑通量控制係數的確定

6 基於13C同位素標記信息的代謝通量分析

6.1 13C代謝通量分析的發展

6.2 13C標記實驗和測量

6.2.1 標記實驗

6.2.2 質譜檢測

6.2.3 核磁共振波譜檢測

6.3 代謝通量比率分析

6.3.1 同位素標記異構體中天然同位素豐度的矯正

6.3.2 基於質譜數據的代謝通量比率的推導

6.3.3 基於NMR數據的代謝通量比率的推導

6.4 基於同位素標記異構體分布模型的代謝網路通量分析

6.4.1 原子映射矩陣和同位素標記異構體映射矩陣

6.4.2 同位素標記異構體平衡方程

6.4.3 代謝通量計算

6.5 基於13C同位素標記信息代謝通量分析的套用

6.5.1 辨別代謝途徑及細胞功能

6.5.2 闡明代謝網路結構及調控特性

6.6 大腸桿菌代謝通量的計算舉例

6.6.1 大腸桿菌生長期相關生理學參數的測定及計算

6.6.2 大腸桿菌代謝模型的建立

6.6.3 代謝通量比率的計算

6.6.4 大腸桿菌淨通量的計算

7 基因組學與基因組尺度代謝網路模型

7.1 基因組學

7.1.1 基因、基因組與基因組學

7.1.2 基因組學研究內容

7.2 基因組尺度代謝網路模型

7.3 基因組尺度代謝網路模型的重構過程

7.3.1 基因組尺度代謝網路資料庫的建立

7.3.2 數學模型的建立

7.3.3 模擬運算

7.4 基因組尺度代謝網路模型的套用

7.4.1 基因敲除研究

7.4.2 發現藥物靶點

7.4.3 指導菌體改進和代謝工程

8 轉錄物組學技術與代謝工程

8.1 轉錄物組與轉錄物組學

8.1.1 轉錄、轉錄物組與轉錄物組學

8.1.2 轉錄組學平台技術

8.2 基於基因晶片技術的轉錄物組分析

8.2.1 cDNA基因晶片技術

8.2.2 寡核苷酸基因晶片技術

8.2.3 晶片數據分析

8.3 基於RNA-Seq技術的轉錄物組分析

8.3.1 RNA-Seq的原理及實驗步驟

8.3.2 RNA-Seq的技術優勢

8.4 兩種轉錄物組分析平台技術的比較

8.5 轉錄物組數據的存儲及交流

8.6 轉錄物組學技術在微生物代謝工程中的套用

8.6.1 減少副產物及提高產物耐受性

8.6.2 提高蛋白質的產量

8.6.3 擴大底物利用範圍

8.6.4 提高胺基酸的產量

8.6.5 提高抗生素的產量

8.6.6 提高大宗化學品的生產能力

9 蛋白質組學技術與代謝工程

9.1 蛋白質組與蛋白質組學

9.1.1 蛋白質組

9.1.2 蛋白質組學

9.1.3 蛋白質組學研究平台技術分類

9.2 蛋白質組學研究步驟

9.3 蛋白質組學研究核心技術

9.3.1 大規模蛋白質分離

9.3.2 蛋白質組學研究中的質譜分析技術

9.3.3 基於質譜的定量蛋白質組學技術

9.3.4 基於選擇反應檢測的靶向蛋白質組學技術

9.4 海量蛋白質數據分析處理技術

9.5 蛋白質組學在微生物學研究中的套用

9.5.1 蛋白質組學研究工業酵母對脅迫環境的回響

9.5.2 蛋白質組學研究細菌膜蛋白與多重抗性

9.5.3 蛋白質組學研究拜耳接合酵母耐酸性機制

9.6 蛋白質組學在菌種構建中的套用

9.6.1 提高次級代謝產物的基本策略

9.6.2 蛋白質組學技術改進青黴素生產菌的套用舉例

9.6.3 靶向蛋白質組學在萜類代謝工程菌種改進中的套用舉例

10 代謝物組學技術與代謝工程

10.1 代謝物組與代謝物組學

10.2 微生物代謝物組學的研究方法

10.2.1 菌株培養

10.2.2 樣品處理

10.2.3 代謝物組數據的採集

10.2.4 數據挖掘

10.3 代謝物組學在代謝工程菌種改進中的套用

11 進化工程技術與代謝工程

11.1 進化工程的定義

11.2 進化工程的原理與方法

11.2.1 進化工程的原理與過程

11.2.2 進化過程中的基因型變異

11.3 進化工程的步驟與方法

11.3.1 變異

11.3.2 選擇

11.3.3 篩選

11.4 進化工程與代謝工程

11.5 進化工程的套用

11.5.1 激活細胞潛在代謝途徑，提高底物利用效率

11.5.2 提高微生物的環境耐受性

11.5.3 改進細胞的生物基產品合成能力

11.5.4 創造新型催化活性蛋白酶

11.6 基於高通量測序技術的進化工程研究和逆向代謝工程

11.6.1 基因組尺度的進化工程菌株突變規律分析

11.6.2 基於比較基因組學的逆向代謝工程

12 合成生物學工具與代謝工程

12.1 合成生物學的研究背景

12.2 合成生物學的定義

12.3 合成生物學的研究策略

12.3.1 生物系統的層次結構

12.3.2 合成生物學的研究策略

12.4 DNA合成與組裝

12.5 基本的生物零件與基因線路

12.6 基因組工程

12.6.1 多元自動化基因組工程技術

12.6.2 基因組編輯技術

12.6.3 生物底盤

12.6.4 基因組簡化

12.7 合成基因組（合成細胞）

12.8 酵母人工基因組的合成

12.8.1 SynⅢ的設計

12.8.2 SynⅢ的構建

12.8.3 含SynⅢ酵母菌株的表征與檢驗

12.9 合成生物學與代謝工程

12.10 合成生物學與代謝工程套用舉例

12.10.1 生物能源

12.10.2 生物醫藥

12.10.3 化學品

12.10.4 合成生物學產業發展

索引

彩插

（註：目錄排版順序為從左列至右列）
　　

教學資源

課程資源

《代謝工程》有配套的Abook數字課程，該課程包含與教材內容相關的彩圖、背景知識、知識拓展、技術套用及教學課件等內容。

課程名稱	出版社	出版時間	內容提供者
“代謝工程”數字課程	高等教育出版社、高等教育電子音像出版社	2015年3月	趙學明

教材特色

1.該教科書提供了代謝工程循環所有四個要素（數學建模，發酵、篩選和適應性實驗室進化，分析量化，基因組編輯）的基本描述。

2.在第6~12章中，結合了新的科學文獻並列舉了代謝工程的典型實例。

作者簡介

趙學明，1993年起任天津大學化學工程系全職教授，並於2015年退休，其中1997年至2003年任天津大學化工學院院長。因其對代謝工程學科發展的貢獻，國際代謝工程學會以其名義設立了趙學明講座獎。

陳濤，天津大學教授、博士生導師，主要研究方向為生物反應工程、代謝工程和合成生物學。

王智文，天津大學副教授、博士生導師。