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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