发酵原理和代谢工程的
基 本 概 念
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 2
1,微生物细胞能为其自身提供代谢能
2,细胞能量转换机构的组成
3,微生物代谢中的电子流和电子回路
4,生物氧化和辅酶的再生
5,生化反应途径和代谢途径
6,生化反应网络和代谢网络
7,代谢网络的联网问题
8,代谢流和碳架物质流
9,代谢主流
介绍 26 个基本概念：
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 3
10.载流途径与载流路径
11.代谢主流的变动性和选择性
12.理想载流途径
13.微生物生物工程的难题
14.代谢网络的节点及其刚性
15.工业发酵的五字策略
16.代谢网络的刚性
17.代谢网络的刚性
18.微生物活细胞和细胞的经济性
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 4
19.正常代谢和竞争型细胞经济
20.异常代谢和导向型细胞经济
21.细胞经济受到严格的制约
22.信息流指导下的工业发酵
23.限制性遗传信息之谜
24.从发酵工程到代谢工程
25.代谢工程（定义）
26.代谢流及其控制的分析
＊介绍两个网址
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 5
1,微生物细胞能为其自身提供代谢能
微生物细胞的生存方式与动物、植物
等高等生物的细胞不同，微生物细胞能 独
立存在，自主生活 。因此每个微生物细胞
都具有能量转换机构，这种机构可把其它
形式的能量转换成能被其自身直接使用的
能量 （ 如 ATP,GTP 和储存在膜上的质
子运动势 ΔP），暂且把它们称为 代谢能 。
在代谢能的直接支撑下，活细胞才能维持
其高度有序的状态。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 6
2.细胞能量转换机构的组成
微生物细胞的能量转换机构包括：
需要代谢能来激活的代谢途径的有关的
酶和这些酶的辅酶,原核微生物的细胞
质膜和真核微生物线粒体的内膜，以及
这些膜上的 电子传递链 和 ATP酶,还有
在能量代谢和主动输送中起辅助作用的
有关 载体系统 。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 7
3.微生物细胞代谢的电子流和电子回路
工业发酵普遍使用的化能异养型微
生物靠生物氧化把化学能转化为可被微
生物直接利用的代谢能。微生物细胞的
生物氧化过程必须借助于辅酶，并且其
生物氧化过程和跨膜的主动输送过程伴
随着电子（或质子）的流动，形成微生
物代谢的跨膜的质子回路。【下续】
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 8
ATP
ATP酶
呼吸链
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 9
4.生物氧化和辅酶的再生
在微生物活细胞中，参与生物氧化反应
的脱氢酶的辅酶本身不能跨过膜，被局限在
其所在的细胞空间内。 它们必须被再生，才
能回用, 以维持能量代谢 。脱氢酶的辅酶在
细胞的氧化还原反应中接受电子而被还原成
还原型辅酶，还原型辅酶把电子释放给电子
受体，从而实现脱氢酶的辅酶的再生。根据
最终电子受体的类型，可把生物氧化分成有
氧呼吸、无氧呼吸和发酵三种类型。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 10
5.生化反应途径和代谢途径
一系列按序进行的生物化学反
应构成生化反应途径；若这条途径
在活细胞里运行,则为代谢途径。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 11
6.生化反应网络和代谢网络
生化反应途径按生物化学规律
汇成生化反应网络；代谢途径与跨
膜输送系统按代谢规律汇成（物质）
代谢网络。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 12
7.代谢网络的联网问题
代谢中间化合物都在代谢网络上，有些有
机化合物虽然不在代谢网络上但仍有可能与代
谢网络“联网”。 所谓“联网”就是用化学或
生物化学反应把指定的化合物连接到代谢网络
上去，从而使它与微生物的代谢建立联系。
“联网”可以用化学或生物学方法（ 含 DNA
重组技术 ）来实现。 广义的,联网” 包含
代谢网络细节不同的生命有机体之间接力赛式
的代谢联系。 已在“网” 上或者可以“联网”
的化合物都可能被开发为工业发酵的产物或原
料。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 13
8.代谢流和碳架物质流
代谢物在代谢网络中流动形
成代谢流。广义的代谢流还包括
能量流和信息流。在代谢分析和
代谢工程中，代谢流往往首先是
指 有机物流（碳架物质流） 。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 14
9.代谢主流
在一定的培养条件下，代谢
物在代谢网络中流动，流量相对
集中的代谢流叫做 该培养条件下
的代谢主流。代谢主流的流量测
定是代谢工程的重要组成部分。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 15
10.载流途径与载流路径
从字面上讲,有代谢物流通过的代
谢途径即载流途径。载流路径是工业发
酵 领域的术语。 在工业发酵的目的产物
生产阶段，碳架物质从原料到目的产物
流经的各段代谢途径（即载流途径），
按流经的先后次序首尾衔接，组合成载
流路径。 代谢工程没有必要研究所有的
载流途径，但必须研究载流路径上的代
谢流，也就是 生产阶段的代谢主流 。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 16
11.代谢主流的变动性和选择性
微生物的代谢主流的方向、流量
甚至所流经的途径都可能发生变化。
这就是微生物代谢主流的变动性和代
谢主流对代谢网络中的途径的选择性。
这种变动和选择的根据在微生物细胞
的遗传物质，选择的原因是微生物所
处的环境条件的变化。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 17
12.理想载流路径
为了提高产物对原料的转化率，
就要求代谢主流（根据代谢分析的结
果）经设定的载流路径流到目的产物。
因为这样的载流路径是 带有主观导向
性的虚拟的载流途径，所以把它们叫
做理想载流路径。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 18
13.微生物生物工程的难题
既然微生物的代谢主流对网络中
的途径有 自主的 选择性，而工业发酵
的目标又是要微生物的代谢主流经理
想载流途径，流到目的产物，因此就
有必要去解决 理想载流途径的设计 问
题和对代谢主流的 合理导向 问题。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 19
14.代谢的“五段式”
在工业发酵生产中，培养器中的微
生物细胞的代谢是分步进行的。胞外营
养物质（一般要经胞外酶降解后）从培
养介质跨膜进入细胞，（一般要）经过
“向心途径”、“中心途径”和“离心
途径”等三段连续的代谢途径的代谢，
才能在胞内生成目的产物，最后，目的
产物跨过细胞质膜排出细胞回到培养介
质。
【下续】
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 20
因此,典型的理想载流途径
应该由以上五段承担不同代谢分
工的依次衔接的代谢途径组成。
这就是载流途径的“五段式”。
在这条载流途径上流动的代谢主
流对应地也有五段，这就是代谢
主流的“五段式”。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 21
15.工业发酵的五字策略
在,载流路径,,,代谢主
流, 和,五段式, 等概念的基础
上，从统筹的角度出发，提出 能作
为一个整体用于设计育种以及发酵
工艺控制的 的五字策略,, 进、
通、节、堵、出,
【下续】
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 22
①进，促进细胞对碳源营养物质的吸收；
②通，使来自上游和各个注入分支的碳
架物质能畅通地流向目的产物；
③节，阻塞与目的产物的形成无关或关
系不大的代谢支流，使碳架物质相对集
中地流向目的产物；
④堵，消除或削弱目的产物进一步代谢
的途径；
⑤出，促进目的产物向胞外空间分泌。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 23
16,代谢网络的节点及其刚性
微生物代谢网络中的途径的交叉点
（代谢流的集散处）叫做 节点（ node）,
微生物自动抵制节点处代谢物流量分配比
率的改变的特性叫做节点的刚性 。节点的
刚性取决于微生物代谢的自动调节机制。
因此在应用, 五字策略, 制订育种方案
时必须认真考虑节点刚性问题，尽量采用
解除调节的育种手段。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 24
17.代谢网络的刚性
微生物自动抵制代谢网络中代
谢物流量分布的改变的特性叫做代
谢网络的刚性。 代谢网络的刚性与
主要刚性节点的刚性大小、分布及
数量密切相关。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 25
18.微生物活细胞及其经济性
微生物活细胞是个远离平衡
状态的开放体系，是一种靠消耗
能量而维持低熵的稳定动态的特
殊结构 —— 耗散结构。 【下续】
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 26
从微生物细胞对能量和化学物质的
内外交换、增收节支、协调自律等客观
规律出发，把微生物细胞作为按特殊的
经济规律运行的经济实体来看待，并且
把这种按特殊的经济规律运行的有利于
生存竞争（生存保障）的新陈代谢特性
叫做细胞经济性。 细胞的经济性可以以
生成细胞的重量与消耗基质的重量之比
值 —— 细胞经济系数来衡量。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 27
19.正常代谢和竞争型细胞经济
微生物在生存竞争中进化的方向是发
展其自身的适应能力和提高细胞运行的经
济系数。经生存竞争而幸存下来的野生型
微生物在其所栖身的环境中是富有竞争能
力的，并且它们的代谢中间物在代谢网络
中的分布及细胞经济运行状况有利于细胞
生长、繁殖和在竞争中获胜。在上述条件
下，细胞处于正常代谢状态，细胞经济体
系呈现 竞争型细胞经济的特色 。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 28
20.异常代谢和导向型细胞经济
如果工业生产要求微生物在胞外累积
某种代谢中间产物，则须对微生物的代谢
流进行 导向 。根据已获得的代谢分析的信
息，应用“五字策略”有可能设计理想载
流途径和配套的发酵培养工艺路线和工艺
条件，进而改造菌种、调整工艺,将代谢
主流导向理想载流途径。在导向成功的情
况下，细胞处于异常代谢状态，细胞经济
体系呈现导向型细胞经济的特色。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 29
21.细胞经济受到严格的制约
工业发酵依靠细胞群体的代谢来获得
产品，导向型细胞经济固然有利于特定的
代谢产物的生产，但 竞争型细胞经济向导
向型细胞经济的转化受到能量代谢、还原
力的平衡等条件的严格制约（以保证有熵
的输出），表现出代谢网络的刚性。 若细
胞经济实体的运行状态过度偏离竞争型运
行状态，活细胞的高度有序状态将走向无
序，最终导致 细胞经济的崩溃 。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 30
22.信息流指导下的工业发酵
在工业发酵生产中，可以把微生物
细胞看作是 细胞机器,它们进行能量代
谢和物质代谢；同时又可以把它们看作
是 信息处理器,它们复制和传递自己的
生物信息，接收细胞内外的物理、化学
甚至生物信息，并在对内外信息流进行
综合处理的基础上，发出代谢调控的指
令,在网络刚性的范围之内控制微生物
细胞自身的生命活动。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 31
23.限制性遗传信息之谜
可以推测在每个微生物细胞的遗传
物质中必有其限制性的生死攸关的遗传
信息，它们规定微生物细胞生命活动的
基本的代谢网络及其调节机制。这些遗
传信息是微生物细胞能够自主生活与独
立存在的依据，也是微生物对环境的有
限的适应性以及设计育种的计划往往不
能完全兑现的内在原因。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 32
24,从发酵工程到代谢工程
微生物生物工程 （ 现代发酵工程）
基本理论在对代谢流及其控制做出了 定
性或半定量的分析,并在此基础上建立
了工业发酵的策略思想。这就为代谢流
（及其控制）的 定量分析 架起了桥梁。
基因工程原理和已走向成熟的 分子生物
学技术 又为我们提供了进行精确而有效
的遗传修饰的手段。于是,代谢工程水
到渠成 了。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 33
25.代谢工程（定义）
代谢工程是这样一种生物工程技
术：
在对代谢流及其控制 进行定量分
析 的基础上,提出 精确的 遗传修饰方
案并借助 分子生物学技术 付诸实施。
如此按部就班反复进行实践，从 代谢
的整体上 改善细胞的性能和应用前景。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 34
26.代谢流及其控制的分析
1.代谢途径的综合分析
（ Metabolic Pathway Synthesis）
2.代谢流量分析（ Metabolic Flux
Analysis ）
3.代谢控制分析（ Metabolic
Control Analysis）
4.代谢网络结构分析
5.代谢网络流量分析
6.细胞生命活动的热动力学
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 35
www.genome.ad.jp/kegg
KEGG:Kyoto Encyclopaedia of Genes and
Genomes
www.embl-heidelberg.de/
www.gmd.de/Welcome.en.html
German National Centre for Information
Technology homepage
介绍两个网址：
基 本 概 念
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 2
1,微生物细胞能为其自身提供代谢能
2,细胞能量转换机构的组成
3,微生物代谢中的电子流和电子回路
4,生物氧化和辅酶的再生
5,生化反应途径和代谢途径
6,生化反应网络和代谢网络
7,代谢网络的联网问题
8,代谢流和碳架物质流
9,代谢主流
介绍 26 个基本概念：
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 3
10.载流途径与载流路径
11.代谢主流的变动性和选择性
12.理想载流途径
13.微生物生物工程的难题
14.代谢网络的节点及其刚性
15.工业发酵的五字策略
16.代谢网络的刚性
17.代谢网络的刚性
18.微生物活细胞和细胞的经济性
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 4
19.正常代谢和竞争型细胞经济
20.异常代谢和导向型细胞经济
21.细胞经济受到严格的制约
22.信息流指导下的工业发酵
23.限制性遗传信息之谜
24.从发酵工程到代谢工程
25.代谢工程（定义）
26.代谢流及其控制的分析
＊介绍两个网址
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1,微生物细胞能为其自身提供代谢能
微生物细胞的生存方式与动物、植物
等高等生物的细胞不同，微生物细胞能 独
立存在，自主生活 。因此每个微生物细胞
都具有能量转换机构，这种机构可把其它
形式的能量转换成能被其自身直接使用的
能量 （ 如 ATP,GTP 和储存在膜上的质
子运动势 ΔP），暂且把它们称为 代谢能 。
在代谢能的直接支撑下，活细胞才能维持
其高度有序的状态。
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2.细胞能量转换机构的组成
微生物细胞的能量转换机构包括：
需要代谢能来激活的代谢途径的有关的
酶和这些酶的辅酶,原核微生物的细胞
质膜和真核微生物线粒体的内膜，以及
这些膜上的 电子传递链 和 ATP酶,还有
在能量代谢和主动输送中起辅助作用的
有关 载体系统 。
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3.微生物细胞代谢的电子流和电子回路
工业发酵普遍使用的化能异养型微
生物靠生物氧化把化学能转化为可被微
生物直接利用的代谢能。微生物细胞的
生物氧化过程必须借助于辅酶，并且其
生物氧化过程和跨膜的主动输送过程伴
随着电子（或质子）的流动，形成微生
物代谢的跨膜的质子回路。【下续】
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ATP
ATP酶
呼吸链
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4.生物氧化和辅酶的再生
在微生物活细胞中，参与生物氧化反应
的脱氢酶的辅酶本身不能跨过膜，被局限在
其所在的细胞空间内。 它们必须被再生，才
能回用, 以维持能量代谢 。脱氢酶的辅酶在
细胞的氧化还原反应中接受电子而被还原成
还原型辅酶，还原型辅酶把电子释放给电子
受体，从而实现脱氢酶的辅酶的再生。根据
最终电子受体的类型，可把生物氧化分成有
氧呼吸、无氧呼吸和发酵三种类型。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 10
5.生化反应途径和代谢途径
一系列按序进行的生物化学反
应构成生化反应途径；若这条途径
在活细胞里运行,则为代谢途径。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 11
6.生化反应网络和代谢网络
生化反应途径按生物化学规律
汇成生化反应网络；代谢途径与跨
膜输送系统按代谢规律汇成（物质）
代谢网络。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 12
7.代谢网络的联网问题
代谢中间化合物都在代谢网络上，有些有
机化合物虽然不在代谢网络上但仍有可能与代
谢网络“联网”。 所谓“联网”就是用化学或
生物化学反应把指定的化合物连接到代谢网络
上去，从而使它与微生物的代谢建立联系。
“联网”可以用化学或生物学方法（ 含 DNA
重组技术 ）来实现。 广义的,联网” 包含
代谢网络细节不同的生命有机体之间接力赛式
的代谢联系。 已在“网” 上或者可以“联网”
的化合物都可能被开发为工业发酵的产物或原
料。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 13
8.代谢流和碳架物质流
代谢物在代谢网络中流动形
成代谢流。广义的代谢流还包括
能量流和信息流。在代谢分析和
代谢工程中，代谢流往往首先是
指 有机物流（碳架物质流） 。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 14
9.代谢主流
在一定的培养条件下，代谢
物在代谢网络中流动，流量相对
集中的代谢流叫做 该培养条件下
的代谢主流。代谢主流的流量测
定是代谢工程的重要组成部分。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 15
10.载流途径与载流路径
从字面上讲,有代谢物流通过的代
谢途径即载流途径。载流路径是工业发
酵 领域的术语。 在工业发酵的目的产物
生产阶段，碳架物质从原料到目的产物
流经的各段代谢途径（即载流途径），
按流经的先后次序首尾衔接，组合成载
流路径。 代谢工程没有必要研究所有的
载流途径，但必须研究载流路径上的代
谢流，也就是 生产阶段的代谢主流 。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 16
11.代谢主流的变动性和选择性
微生物的代谢主流的方向、流量
甚至所流经的途径都可能发生变化。
这就是微生物代谢主流的变动性和代
谢主流对代谢网络中的途径的选择性。
这种变动和选择的根据在微生物细胞
的遗传物质，选择的原因是微生物所
处的环境条件的变化。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 17
12.理想载流路径
为了提高产物对原料的转化率，
就要求代谢主流（根据代谢分析的结
果）经设定的载流路径流到目的产物。
因为这样的载流路径是 带有主观导向
性的虚拟的载流途径，所以把它们叫
做理想载流路径。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 18
13.微生物生物工程的难题
既然微生物的代谢主流对网络中
的途径有 自主的 选择性，而工业发酵
的目标又是要微生物的代谢主流经理
想载流途径，流到目的产物，因此就
有必要去解决 理想载流途径的设计 问
题和对代谢主流的 合理导向 问题。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 19
14.代谢的“五段式”
在工业发酵生产中，培养器中的微
生物细胞的代谢是分步进行的。胞外营
养物质（一般要经胞外酶降解后）从培
养介质跨膜进入细胞，（一般要）经过
“向心途径”、“中心途径”和“离心
途径”等三段连续的代谢途径的代谢，
才能在胞内生成目的产物，最后，目的
产物跨过细胞质膜排出细胞回到培养介
质。
【下续】
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 20
因此,典型的理想载流途径
应该由以上五段承担不同代谢分
工的依次衔接的代谢途径组成。
这就是载流途径的“五段式”。
在这条载流途径上流动的代谢主
流对应地也有五段，这就是代谢
主流的“五段式”。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 21
15.工业发酵的五字策略
在,载流路径,,,代谢主
流, 和,五段式, 等概念的基础
上，从统筹的角度出发，提出 能作
为一个整体用于设计育种以及发酵
工艺控制的 的五字策略,, 进、
通、节、堵、出,
【下续】
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 22
①进，促进细胞对碳源营养物质的吸收；
②通，使来自上游和各个注入分支的碳
架物质能畅通地流向目的产物；
③节，阻塞与目的产物的形成无关或关
系不大的代谢支流，使碳架物质相对集
中地流向目的产物；
④堵，消除或削弱目的产物进一步代谢
的途径；
⑤出，促进目的产物向胞外空间分泌。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 23
16,代谢网络的节点及其刚性
微生物代谢网络中的途径的交叉点
（代谢流的集散处）叫做 节点（ node）,
微生物自动抵制节点处代谢物流量分配比
率的改变的特性叫做节点的刚性 。节点的
刚性取决于微生物代谢的自动调节机制。
因此在应用, 五字策略, 制订育种方案
时必须认真考虑节点刚性问题，尽量采用
解除调节的育种手段。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 24
17.代谢网络的刚性
微生物自动抵制代谢网络中代
谢物流量分布的改变的特性叫做代
谢网络的刚性。 代谢网络的刚性与
主要刚性节点的刚性大小、分布及
数量密切相关。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 25
18.微生物活细胞及其经济性
微生物活细胞是个远离平衡
状态的开放体系，是一种靠消耗
能量而维持低熵的稳定动态的特
殊结构 —— 耗散结构。 【下续】
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 26
从微生物细胞对能量和化学物质的
内外交换、增收节支、协调自律等客观
规律出发，把微生物细胞作为按特殊的
经济规律运行的经济实体来看待，并且
把这种按特殊的经济规律运行的有利于
生存竞争（生存保障）的新陈代谢特性
叫做细胞经济性。 细胞的经济性可以以
生成细胞的重量与消耗基质的重量之比
值 —— 细胞经济系数来衡量。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 27
19.正常代谢和竞争型细胞经济
微生物在生存竞争中进化的方向是发
展其自身的适应能力和提高细胞运行的经
济系数。经生存竞争而幸存下来的野生型
微生物在其所栖身的环境中是富有竞争能
力的，并且它们的代谢中间物在代谢网络
中的分布及细胞经济运行状况有利于细胞
生长、繁殖和在竞争中获胜。在上述条件
下，细胞处于正常代谢状态，细胞经济体
系呈现 竞争型细胞经济的特色 。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 28
20.异常代谢和导向型细胞经济
如果工业生产要求微生物在胞外累积
某种代谢中间产物，则须对微生物的代谢
流进行 导向 。根据已获得的代谢分析的信
息，应用“五字策略”有可能设计理想载
流途径和配套的发酵培养工艺路线和工艺
条件，进而改造菌种、调整工艺,将代谢
主流导向理想载流途径。在导向成功的情
况下，细胞处于异常代谢状态，细胞经济
体系呈现导向型细胞经济的特色。
2010-5-14 张星元：发酵原理（讲座） 29
21.细胞经济受到严格的制约
工业发酵依靠细胞群体的代谢来获得
产品，导向型细胞经济固然有利于特定的
代谢产物的生产，但 竞争型细胞经济向导
向型细胞经济的转化受到能量代谢、还原
力的平衡等条件的严格制约（以保证有熵
的输出），表现出代谢网络的刚性。 若细
胞经济实体的运行状态过度偏离竞争型运
行状态，活细胞的高度有序状态将走向无
序，最终导致 细胞经济的崩溃 。
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22.信息流指导下的工业发酵
在工业发酵生产中，可以把微生物
细胞看作是 细胞机器,它们进行能量代
谢和物质代谢；同时又可以把它们看作
是 信息处理器,它们复制和传递自己的
生物信息，接收细胞内外的物理、化学
甚至生物信息，并在对内外信息流进行
综合处理的基础上，发出代谢调控的指
令,在网络刚性的范围之内控制微生物
细胞自身的生命活动。
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23.限制性遗传信息之谜
可以推测在每个微生物细胞的遗传
物质中必有其限制性的生死攸关的遗传
信息，它们规定微生物细胞生命活动的
基本的代谢网络及其调节机制。这些遗
传信息是微生物细胞能够自主生活与独
立存在的依据，也是微生物对环境的有
限的适应性以及设计育种的计划往往不
能完全兑现的内在原因。
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24,从发酵工程到代谢工程
微生物生物工程 （ 现代发酵工程）
基本理论在对代谢流及其控制做出了 定
性或半定量的分析,并在此基础上建立
了工业发酵的策略思想。这就为代谢流
（及其控制）的 定量分析 架起了桥梁。
基因工程原理和已走向成熟的 分子生物
学技术 又为我们提供了进行精确而有效
的遗传修饰的手段。于是,代谢工程水
到渠成 了。
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25.代谢工程（定义）
代谢工程是这样一种生物工程技
术：
在对代谢流及其控制 进行定量分
析 的基础上,提出 精确的 遗传修饰方
案并借助 分子生物学技术 付诸实施。
如此按部就班反复进行实践，从 代谢
的整体上 改善细胞的性能和应用前景。
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26.代谢流及其控制的分析
1.代谢途径的综合分析
（ Metabolic Pathway Synthesis）
2.代谢流量分析（ Metabolic Flux
Analysis ）
3.代谢控制分析（ Metabolic
Control Analysis）
4.代谢网络结构分析
5.代谢网络流量分析
6.细胞生命活动的热动力学
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www.genome.ad.jp/kegg
KEGG:Kyoto Encyclopaedia of Genes and
Genomes
www.embl-heidelberg.de/
www.gmd.de/Welcome.en.html
German National Centre for Information
Technology homepage
介绍两个网址：
