대사 공학 : 원리와 방법론
代謝工学 : 原理と方法論
목차
內容
「代謝工学」とは、 分子生物学の急速な発展の上に、 特定の物質の生産を主要な目標として生まれてきた新しい科学である。 将来、 例えば夢の新薬開発や環境修復への応用など、 無限の可能性を秘めている。 人間が古くから利用してきた生物の代謝反応として、 醸造や発酵などがある。 近年は遺伝子工学やバイオテクノロジーの応用により、 ある程度これを制御できるようになった。 しかし、 それはまだ多くの偶然性や経験的要素に依存した、 「合成」に特長のある科学である。 これに対して代謝工学は、 「合成」だけでなく 、生物が高度に組織化した代謝ネットワークを「解析」して応用することに力点をおいた科学である。
本書はその基本原理から具体的方法論までを、 代謝経路の改変、 代謝の流れの定量的取り扱いなどを軸に解説し、 工学的応用に向けた、 まったく新しい生物化学工学のテキストとなった。
目次
1 代謝工学のエッセンス
1. 1 代謝工学の重要性
1. 2 本書の概要
2 細胞の代謝
2. 1 細胞の代謝の概観
2. 2 輸送反応
2. 3 エネルギー代謝
2. 4 生合成反応
2. 5 高分子化反応
2. 6 細胞増殖におけるエネルギー論
3 細胞内反応のモデル
3. 1 細胞内反応の化学量論
3. 2 反応速度
3. 3 ダイナミックマスバランス
3. 4 収率係数と線形関係式
4 物質収支とデータコンシステンシー
4. 1 ブラックボックスモデル
4. 2 元素バランス
4. 3 熱収支
4. 4 冗長な情報を用いたシステムの解析 ― 大きな測定誤差の同定
5 代謝経路の調節
5. 1 酵素活性の調節
5. 2 酵素濃度の調節
5. 3 グローバルなコントロール：細胞全体のレベルでの調節
5. 4 代謝ネットワークの調節
6 代謝経路の改変の実例 ― 代謝工学の実際
6. 1 生産物収率と生産性の向上
6. 2 微生物が利用可能な基質の範囲の拡張
6. 3 新規生産物質の開発
6. 4 細胞特性の改良
6. 5 生体異物（外来性化学物質）の分解
7 代謝経路の合成
7. 1 代謝経路合成のアルゴリズム
7. 2 アルゴリズムの全体像
7. 3 ケーススタディ：リジン生合成
7. 4 アルゴリズムに関するディスカッション
8 代謝フラックス解析
8. 1 理 論
8. 2 冗長な状態（over-determined）のシステム
8. 3 under-determined（システムを一意に決定できない状態）なシステム― 線形計画法
8. 4 感度解析
9 同位体標識による代謝フラックスの実験的な決定法
9. 1 同位体標識の濃縮度分率からの直接的なフラックスの決定
9. 2 代謝化合物の同位体を完全列挙する方法とその応用
9. 3 代謝物質の炭素バランス
10 代謝フラックス解析の応用
10. 1 コリネ細菌によるアミノ酸生産
10. 2 動物細胞培養における代謝フラックス
11 メタボリックコントロールアナリシス
11. 1 メタボリックコントロールアナリシスの基礎
11. 2 フラックスコントロール係数の決定
11. 3 直線状の代謝経路のMCA
11. 4 分岐のある経路に対するMCA
11. 5 大きな摂動に関する理論
12 代謝ネットワークの構造解析
12. 1 単一の分岐点におけるフラックス分布の制御
12. 2 反応のグルーピング
12. 3 ケーススタディ：芳香族アミノ酸の生合成
13 直交関数系と確率過程
13. 1 グループコントロール係数と個々のコントロール係数の関係（ボトムアップアプローチ）
13. 2 フラックス測定からのグループコントロール係数の決定（トップダウンアプローチ）
13. 3 ケーススタディ
13. 4 メタボリックコントロールアナリシスの中間代謝反応グループ解析への応用
13. 5 フラックス増幅の最適化
13. 6 正当性の評価と実験の確からしさ
14 細胞内プロセスの熱力学
14. 1 熱力学の原理 ― 概論
14. 2 熱力学的な経路の実現可能性
14. 3 非平衡の熱力学
14. 4 熱力学的動力学（サーモカイネティクス）のMCAへの応用
用語集
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