研究生《代谢控制发酵》试题及答案

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1、2006年研究生《代谢控制发酵》试题及答案1．为什么说进行代谢控制分析可以揭示细胞代谢的动态变化规律？(15%)答：代谢控制分析以生化反应体系的敏感性分析为基础，研究分析代谢控制在各途径之间的分配规律，是一种以系统的观点对细胞内代谢调控进行定量分析的理论和实验方法。代谢控制分析以系统观点对细胞内代谢调控进行定量分析，认为代谢控制是细胞内代谢的系统属性，可以用酶动力学性质进行定量表示，代谢途径中酶促反应步骤对代谢的控制作用随系统内外条件的改变而变化，用理论计算或试验确定的控制系数能够加深对代谢的控

2、制结构特性的理解。代谢控制分析的基本研究对象是由单步反应组成的复杂的代谢网络，其中单步反应步骤是组成系统的基本结构单元。由于代谢系统中所有反应步骤都直接或者间接地对代谢流和代谢物浓度产生影响。因此，对其中任一反应施加轻微的扰动，由此产生的代谢流或代谢物浓度的变化，可以作为该反应步骤对代谢系统控制的度量。代谢控制分析从系统论的角度考察代谢现象，把每个酶促反应作为代谢系统最基本的组成部分，同时将基因表达、酶活水平、代谢物浓度、抑制机制、效应物、抑制剂、激活剂以及环境条件等的影响归结为对反应的扰动，再

3、根据代谢系统的结构特点进行系统综合分析。它的一个重要特点就是结合具体的酶反应动力学性质来分析说明代谢网络特性，如利用与代谢网络中某一步反应具有相同参数的酶促反应的速度方程求导获得弹性系数，或者通过体内实验测定弹性系数；根据连通原理确定代谢网络中的控制系数，从而研究复杂代谢网络的动态变化规律。同时，利用代谢控制分析的连通原理还能进一步推广用来描述代谢物的扰动通过代谢网络的传播的机理。因此，进行代谢控制分析可以揭示细胞代谢的动态变化规律。2．要系统研究代谢流及其控制机制，必须包括哪些基本步骤？(10

4、%)答：系统研究代谢流及其控制机制，包括以下几个基本步骤：（1）建立一种能尽可能多的观察代谢网络并测定其流量的方法。为了做到这一点，通常从测定细胞外代谢产物的浓度入手进行简单的物料平衡。由于一个代谢途径的代谢流并不等于该途径中一个或多个酶的活性，所以酶法分析并不能提供代谢网络真正的代谢流信息，除非相应的酶在体外分析条件下存在并具有活性。因此，在代谢分析中，酶法分析常会错误地显示相似数量级的代谢流，从而导致产生不正确的结论。（2）在代谢网络中施加一个已知的扰动，以确定在系统松散之后达到新的稳态时的

5、代谢流。常用的扰动方式包括启动子的诱导、底物流加、特定碳源消除或物理因素变化等。一种扰动往往能提供多个节点上的相关信息，这对于精确描述代谢网络控制结构所必需的最小实验量是至关重要的。（3）系统分析代谢流扰动的结果。如果某个代谢流的扰动对其下游代谢流并未能造成可观察的影响，那么就可以认为该处的节点对上游的扰动是刚性的，相反则成为柔性的。一般地，在刚性节点处，不能通过改变上游酶活性来影响其下游代谢流。（4）除了上述对代谢途径的物质流和能量流进行分析外，代谢工程还包括信息流分析，如信号转导途径等。3.

6、在酿酒酵母培养过程中葡萄糖-6-磷酸、磷酸烯醇式丙酮酸和1，6-二磷酸果糖节点被认为是主要节点。在酿酒酵母培养过程中添加Mg2+，得到如下结果（图）；在培养液中添加EDTA和NH+4，得到如下结果（图）。试判断葡萄糖-6-磷酸、磷酸烯醇式丙酮酸和1，6-二磷酸果糖节点的刚柔性(15%)。答：通过在酿酒酵母培养过程中添加Mg2+6，以改变相应的代谢流量，可以判断葡萄糖-6-磷酸节点的性质。由于葡萄糖-6-磷酸经葡萄糖磷酸异构化生成果糖-6-磷酸的反应是一个典型的可逆反应，因此在稳定态时，葡萄糖-6

7、-磷酸与果糖-6-磷酸的流量接近平衡，这样就可将葡萄糖-6-磷酸代替果糖-6-磷酸，看做为合成1，6-二磷酸果糖的底物。由添加Mg2+前后相关途径的代谢流分配情况可以看出，添加Mg2+能在很大程度上提高代谢途径中各个酶的活性，并使整个代谢流量提高了1倍多。然而，分配进入1，6-二磷酸果糖节点处的流量比率却基本不变，而胞外1，6-二磷酸果糖的流量比率也只从7.3增加到16.1，不到产物理论得率最高时流量的1/3。以上情况说明，Mg2+添加后对1，6-二磷酸果糖代谢途径的流量分配并没有发生重大变化。

8、另一方面，从无机磷平衡的角度分析，整个代谢过程中还存在大量的高能磷酸化合物，它们阻碍ATP的合成。结果表明，葡萄糖-6-磷酸并不是限制性的底物，而ATP则可能是限速步骤因子，也就是说，葡萄糖-6-磷酸所处的节点是非刚性的。Mg2+对酿酒酵母糖酵解代谢通量的影响在发酵液中添加EDTA，减缓1，6-二磷酸果糖的分解速率和葡萄糖的摄取利用速率，可知1，6-二磷酸果糖与ATP的合成是否一致；在发酵液中添加NH+4，以解除ATP等物质对磷酸果糖激酶的抑制作用，通过增加1，6-二磷酸果糖的量，从而刺激磷酸解