能量传递和物质转化一样对代谢工程设计有效性和精确性具有重要意义。辅因子作为主要的能量载体通过改变化学形态，介导能量传递，同时推动物质转化。天然辅因子介导的能量传递过程涉及复杂的代谢网络及其他生物学过程，调控的可预见性低。通过提出代谢电路的概念，并设计构建基于人工氧化还原辅酶调控的生物正交代谢电路，研究干预能量转移对物质转化的影响规律。筛选获得可有效还原烟酰胺胞嘧啶二核苷酸(NCD)的亚磷酸脱氢酶(PDH)突变体。构建了以不同 PDH 为能量供给模块，以烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)和 NCD 为能量载体，以乳酸脱氢酶(LDH)或其突变体/苹果酸酶(ME)或其突变体为能量利用模块的系列人工代谢电路模型，分别在纯酶水平和细胞水平研究了人工代谢电路的特点及各模块性能。生物正交代谢电路通过正交化降低代谢过程的复杂度，实现能量的途径特异性传递并防止能量渗漏，提高能量提供效率；可以在能量供给、传递和利用三个水平调控代谢，丰富了代谢调控的手段、提高了可预见性。