光滑球拟酵母中α-酮戊二酸脱氢酶系生理作用解析

[目的]研究α-酮戊二酸脱氢酶系在光滑球拟酵母碳代谢流、能量代谢和氨基酸代谢中的生理作用.[方法]通过敲除光滑球拟酵母中编码α-酮戊二酸脱氢酶系中E1酶的基因kgd1,构建α-酮戊二酸脱氢酶活性缺失菌株T.glabrata kgd1::kan,并考察KGDH缺失引起TCA循环关键酶活性,碳代谢流量以及胞内氨基酸和能荷水平等方面的变化.[结果]光滑球拟酵母中α-酮戊二酸脱氢酶活性的缺失导致:(1)细胞启动乙醛酸途径,通过形成TCA-乙醛酸循环实现TCA循环的正常代谢;(2)胞内NADH/NAD+水平下降33.7%,ATP/ADP水平下降31.8%,而与NADH代谢相关的丙酮酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶和苹果酸脱氢酶的活性分别提高58.1%、33.3%和32.5%;(3)胞内丙酮酸含量下降50.1%,而胞内琥珀酸、苹果酸和α-酮戊二酸含量则分别增加了172.7%、66.1%和41.1%;(4)丙酮酸族氨基酸含量下降29.3%,而胞内谷氨酸族氨基酸和天冬氨酸族氨基酸含量则提高了34.7%和26.8%.[结论]上述研究结果表明,α-酮戊二酸脱氢酶系在微生物细胞中心碳代谢、能量代谢和氨基酸代谢中发挥着重要作用.     

光滑球拟酵母中α-酮戊二酸脱氢酶系生理作用

摘要：【目的】研究α-酮戊二酸脱氢酶系在光滑球拟酵母碳代谢流、能量代谢和氨基酸代谢中的生理作用。【方法】通过敲除光滑球拟酵母中编码α-酮戊二酸脱氢酶系中E1酶的基因kgd1,构建α-酮戊二酸脱氢酶活性缺失菌株T. glabrata kgd1::kan,并考察KGDH缺失引起TCA循环关键酶活性,碳代谢流量以及胞内氨基酸和能荷水平等方面的变化。【结果】光滑球拟酵母中α-酮戊二酸脱氢酶活性的缺失导致：(1)细胞启动乙醛酸途径,通过形成TCA-乙醛酸循环实现TCA循环的正常代谢;(2)胞内NADH/NAD+水平     

谷氨酸和α-酮戊二酸对鳜生长、脱氨及糖代谢的影响

为探究谷氨酸(Glu)和α-酮戊二酸(AKG)对鳜(Siniperca chuatsi)摄食和氨排泄的影响,实验以鳜[初始体重(26.28±0.99) g]为研究材料,将Glu和AKG分别添加到鳜的基础日粮中(添加量2%),进行了60d的养殖实验,前40d等量投喂,后20d饱食投喂。通过设置对照组、Glu组和AKG组,比较了3种不同饲料饲喂下鳜的摄食与氨排泄差异情况。实验结果表明,在等量饲喂期间添加Glu、AKG显著提高鳜生长和降低饵料系数,且在一定程度上降低鳜的体外氨排泄量。在饱食投喂阶段, Glu、AKG组的血液中的葡萄糖含量增加,肝糖原、肌糖原含量降低。两个投喂阶段结果都表明,饲料中添加谷氨酸和α-酮戊二酸能显著促进鳜脑中npy表达并抑制pomc表达,显著提高蛋白质效率比和特定生长率,增加鱼体体重,促进鱼体生长且降低饲料系数。同时,肝脏中gdh表达及肌肉ampd表达均提高,脱氨代谢供能水平升高,最终导致其氨排泄量升高。此外,饲料中添加Glu和AKG可促进肝脏pepck、g6pase、pk和gk基因表达量增加,糖代谢增强,减少蛋白质的分解供能。综上所述,在饲料中添加谷氨酸和α-酮戊...     

微生物发酵生产α-酮戊二酸研究进展

α-酮戊二酸是微生物三羧酸循环中重要的代谢中间产物,是连接细胞内碳-氮代谢的关键节点,具有广泛的应用价值.文中从4个方面归纳了国内外关于α-酮戊二酸研究进展:能够过量积累α-酮戊二酸的原核和真核微生物的发现和筛选;硫胺素缺陷型和氮源饥饿引起的α-酮戊二酸过量积累的生理学特性;控制培养环境中的pH、溶氧和辅因子对生产α-酮戊二酸发酵过程控制与优化;调控辅因子再生和代谢途径改造高产菌株.最后,讨论了微生物法生产α-酮戊二酸存在的不足和今后研究的方向.     

靶向α-酮戊二酸脱氢酶增强纳米银的抗菌作用

【目的】纳米银(silver nanoparticles, AgNPs)的生物安全性一直受业界诟病,扩大纳米银的治疗窗将为治疗人和动物多耐药性细菌感染提供有效的备选药物。本研究拟用三羧酸循环的重要成员α-酮戊二酸(alpha-ketoglutaric acid, AKG)对纳米银进行表面修饰以提高其抗菌的生物安全性。【方法】芦丁在常温下合成纳米银,用全波长分光光度计、粒度仪及透射电镜进行表征。加1 mmol/L聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone, PVP)作为稳定剂(PVP-AgNPs),另加10 mmol/L AKG作为封端剂(PVP-AgNPs@AKG),比较2种纳米银的抗菌性及对人正常宫颈上皮细胞(human cervical epithelial cells, HCerEpic)的毒性作用,再分析2种纳米银对大肠杆菌(Escherichia coli) BW25113能量代谢、抗氧化应激和无氧呼吸相关基因表达等的影响。【结果】PVP-AgNPs@AKG对多株革兰阳性细菌和革兰阴性细菌的最小抑菌浓度(minimal inhibit concentration, MIC)和最低杀菌浓度(minimum bactericidal concentration, MBC)均比PVP-AgNPs低50%或50%以上,而对HCerEpic细胞的毒性无显著差异。与PVP-AgNPs相比,PVP-AgNPs@AKG在MIC浓度下对E. coli α-酮戊二酸脱氢酶活性的抑制作用增强,AKG蓄积,ATP水平显著降低,同时活性氧(reactive oxygen species, ROS)的水平显著升高,soxS表达上调,但是,厌氧呼吸相关的arcA、fnr、fdnH基因表达上调的程度显著降低。【结论】AKG修饰纳米银能通过靶向α-酮戊二酸脱氢酶抑制细菌的能量代谢,使其对氧化损伤更敏感,从而获得更强的抗菌能力,是一种扩大纳米银治疗窗的有效手段。     

解脂耶氏酵母诱变育种及发酵产α-酮戊二酸条件优化

对具有发酵产α-酮戊二酸能力的解脂耶氏酵母(Yarrowia Lipolytica)ZY-4进行了紫外诱变和NTG诱变育种,筛选得到产量提高的突变株,并对突变株的发酵培养基进行了优化,结果表明,紫外诱变和NTG诱变后筛选到的突变株分别比原始出发菌株产量提高了67.8%和110%。优化后发酵培养基成分为甘油8%,氯化铵5.0 g/L,硫胺素1.0μg/L,磷酸二氢钾1.0 g/L,七水硫酸镁0.5 g/L,培养基优化后α-酮戊二酸产量比原始出发菌株提高了232.4%。     

营养条件对光滑球拟酵母积累α-酮戊二酸的影响

以光滑拟球酵母为研究模型,研究α-酮戊二酸的浓度情况。通过单因素实验得到α-酮戊二酸积累最佳浓度的各单因素条件为：葡萄糖浓度140g／L,NH4Cl浓度5g／L。在碳源（30g/L葡萄糖初始浓度）匮乏条件下加入丙酮酸30g／L,在此条件下丙酮酸转化为α－酮戊二酸的转化率最高达53．7％。以30g／L丙酮酸为唯一碳源时在7L发酵罐中光滑拟球酵母可生成浓度为10．7g/Lα-酮戊二酸,外源丙酮酸的转化率可达66．9％。这一结果表明,T．glabrata具有将丙酮酸转化为α-KG的能力。     

Parkin与α-酮戊二酸载体蛋白(OGCP)的相互作用研究

Parkin基因是帕金森病的致病基因之一,Parkin蛋白作为泛素-蛋白酶体通路(ubiquitin-proteasome pathway,UPP)的一种E3酶,介导了多种底物的泛素化过程,而后者与帕金森病的发病机制有着密切的联系．α-酮戊二酸载体蛋白(2-oxoglutarate carrier protein,OGCP) 是一种线粒体内膜蛋白．采用激光共聚焦技术和免疫共沉淀技术证实,在HEK293细胞中Parkin蛋白与OGCP共定位,且二者之间存在相互作用关系;通过体内、外泛素化实验发现Parkin蛋白能介导OGCP的泛素化．提示OGCP可能是Parkin蛋白的泛素化底物蛋白,且Parkin蛋白能促进OGCP的泛素化．     

亮氨酸脱氢酶偶联NADH再生体系合成L-2-氨基丁酸

文中以大肠杆菌BL21(DE3)为宿主,构建两株分别共表达亮氨酸脱氢酶(LDH,来源蜡样芽孢杆菌)/甲酸脱氢酶(FDH,来源水生弯杆菌)和亮氨酸脱氢酶(LDH,来源蜡样芽孢杆菌)/醇脱氢酶(ADH,来源红球菌)的重组大肠杆菌。通过偶联两种不同NADH再生体系,以L-苏氨酸为起始原料,利用苏氨酸脱氨酶(L-TD)与LDH-FDH或LDH-ADH一锅法合成L-2-氨基丁酸,并对LDH-FDH工艺和LDH-ADH工艺进行对比优化。LDH-FDH工艺的最适反应pH为7.5,最适反应温度为35℃,通过加入50 g/L甲酸铵、0.3 g/L NAD+、10%LDH-FDH粗酶液(V/V)和7 500 U/L的L-TD酶液,对L-苏氨酸进行分批补加,以便控制2-丁酮酸浓度小于15 g/L,反应28 h,实现了L-2-氨基丁酸的产量为161.8 g/L,产率97%。LDH-ADH工艺的最适pH为8.0,最适反应温度为35℃,通过加入0.3 g/L NAD+、10%LDH-ADH粗酶液(V/V)及7 500 U/L的L-TD酶液,分批补加L-苏氨酸及1.2倍摩尔量异丙醇,以便控制2-丁酮酸浓度小于15g...     

偶联羟化反应和辅酶再生体系产9α-羟基雄甾-4-烯-3,17-二酮

9α-羟基雄甾-4-烯-3,17-二酮(9-OH-AD)是一种重要的甾体药物中间体,可以用来制备β-甾酮,地塞米松和其他类固醇化合物。3-甾酮9α-羟基化酶(KSH)是由两个亚基即末端氧化亚基(KshA)和铁氧还蛋白还原亚基(KshB)构成的。在本研究中,人工合成了来源于分枝杆菌Mycobacterium sp.Strain VKM Ac-1817D的kshA和kshB基因,通过优化表达载体促进了KshA和KshB在E.coli BL21(DE3)中的可溶性表达,并探究了催化体系中KSH还原亚基和氧化亚基的最适添加比例。此外,KSH转化雄甾-4-烯-3,17-二酮(AD)为9-OH-AD的过程中需要辅酶NADH。本研究构建了羟基化反应与利用葡萄糖脱氢酶(GDH)的NADH辅酶再生反应的偶联体系。为了进一步提高转化效率,本研究进行了转化条件的优化,并采取了分批补料的策略,最终9-OH-AD产量为4.78 g/L,转化率为96.7%。此种酶介导的转化生产9-OH-AD的方法为甾体药物生产提供了一种环境友好和经济实用型的新策略。     

碳酸钙促进丙酮酸发酵过程中α-酮戊二酸的形成

在多重维生素营养缺陷型菌株光滑球拟酵母CCTCC M202019发酵生产丙酮酸的摇瓶和发酵罐实验中发现,CaCO₃的添加对发酵液中α-酮戊二酸（α-KG）的积累有重要影响。在维生素浓度不变且供氧充分的前提下,延迟CaCO₃添加时间可明显抑制α-KG的产生,并提高丙酮酸与α-KG的碳摩尔比(C_PYR/C_αKG);而增加培养基中的CaCO₃浓度会导致αKG积累的增加。用不同物质调节发酵液中pH的实验证实：在丙酮酸发酵过程中, Ca²⁺对αKG的积累起主要作用,CO₃^2-起辅助作用,两者对α-KG的积累具有协同效应。维持培养基中CaCO₃浓度不变,改变培养基中硫胺素的浓度,对αKG的积累,特别是对C_PYR/C_α-KG值没有影响;而增加培养基中生物素的浓度,则导致αKG的浓度不断上升且C_PYR/C_α-KG值不断下降。当有Ca2+存在时,胞内丙酮酸羧化酶的活性最高可提高40%,而丙酮酸脱氢酶系的活性没有明显变化。结果表明,丙酮酸发酵过程中α-KG的形成是由于CaCO₃促进了丙酮酸羧化反应,其中Ca²⁺可显著提高丙酮酸羧化酶的活性,而CO₃^2-则有可能作为丙酮酸羧化反应的底物。     

偶联基于酮还原酶的NADH再生系统一锅法酶催化合成L-2-氨基丁酸

以廉价易得的L-苏氨酸为原料,利用在大肠杆菌中重组表达的苏氨酸脱氨酶和亮氨酸脱氢酶,并偶联基于酮还原酶的NADH再生系统一锅法制备L-2-氨基丁酸。以L-2-氨基丁酸的产率为指标,考察了一锅法酶催化制备L-2-氨基丁酸的最适p H、L-苏氨酸浓度及异丙醇浓度。在最适p H 7.5~8.0,L-苏氨酸浓度50g/L,添加5%的异丙醇及0.5g/L NAD+,分别加入0.6g/L苏氨酸脱氨酶、2g/L亮氨酸脱氢酶及2g/L酮还原酶,反应20h,可实现L-2-氨基丁酸的摩尔产率为99%,产量为43g/L。该结果为L-2-氨基丁酸的制备提供了一种新的思路。     

过程优化提高解脂亚洛酵母积累α-酮戊二酸

目前,应用解脂亚洛酵母发酵生产α-酮戊二酸由于产量和底物转化率低、生产周期长等问题,仍未大规模工业化生产。为了解决这些问题,以研究室诱变选育获得的1株高产α-酮戊二酸的解脂亚洛酵母Yarrowia lipolytica WSH-Z06 C3为出发菌株,考察了该菌株在50 L发酵罐中转速、碳酸钙浓度、溶氧以及补料方式(多节点补料、恒速补料)等因素对α-酮戊二酸积累的影响。结果表明,当转速为300 r/min时,α-酮戊二酸和丙酮酸的产量分别为32.4 g/L和19.66 g/L;碳酸钙质量浓度为20 g/L时,α-酮戊二酸的产量提高至38.55 g/L,丙酮酸降低至8.28 g/L;控制溶氧水平在50%时,α-酮戊二酸产量为42.39 g/L,此时丙酮酸为6.22 g/L。比较高初始甘油浓度和不同的补料发酵策略,发现恒速补料效果最好,发酵144 hα-酮戊二酸产量达到66.27 g/L,丙酮酸产量为20.82 g/L。通过上述发酵过程参数的优化,α-酮戊二酸的产量和底物的转化率比未优化前分别提高了67.3%和4.56%,为解脂亚洛酵母工业化生产α-酮戊二酸提供一定参考。     

α-酮戊二酸减轻脂多糖/D-半乳糖胺诱导的小鼠急性肝损伤

该文旨在探讨α-酮戊二酸对脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)及D-半乳糖胺(d-galac-tosamine,D-Ga1)诱导的急性肝损伤发生发展的影响及其可能机制.实验分组:正常对照组、AKG单独处理组、LPS/D-Ga1组、LPS/D-Ga1+AKG组.在雄性BALB/c小鼠中,经腹腔注射LPS...     

亮氨酸脱氢酶C端Loop区域的理性设计及多酶级联高效合成L-2-氨基丁酸

亮氨酸脱氢酶(Leucine dehydrogenase,LDH)是制备L-2-氨基丁酸的关键限速酶,针对该酶的Loop区域进行改造以提高关键酶的酶活及稳定性从而高效合成L-2-氨基丁酸.通过亮氨酸脱氢酶的分子动力学模拟分析均方根涨落(Root mean square fluctuation,RMSF)值,对其波动非常...     

谷氨酸棒杆菌L-天冬氨酸α-脱羧酶在大肠杆菌中的表达及酶转化生产β-丙氨酸

【目的】克隆谷氨酸棒杆菌来源L-天冬氨酸α-脱羧酶基因, 实现其在大肠杆菌中的异源表达, 并进行酶转化L-天冬氨酸合成β-丙氨酸的研究。【方法】PCR扩增谷氨酸棒杆菌L-天冬氨酸α-脱羧酶基因pand, 构建表达载体pET24a(+)-Pand, 转化宿主菌大肠杆菌BL21(DE3), 对重组菌进行诱导表达, 表达产物经DEAE离子交换层析和G-75 分子筛层析纯化后进行酶学性质研究, 然后进行酶转化实验, 说明底物和产物对酶转化的影响。【结果】重组菌SDS-PAGE分析表明Pand表达量可达菌体总蛋白的50%以上, AccQ·Tag法检测酶活达到94.16 U/mL。该重组酶最适反应温度为55 °C, 在低于37 °C时保持较好的稳定性, 最适pH为6.0, 在pH 4.0?7.0范围内有较好的稳定性。酶转化实验说明: 底物L-天冬氨酸和产物β-丙氨酸对转化反应均有抑制作用; 实验建立了较优的酶转化反应方式, 在加酶量为每克天冬氨酸3 000 U时, 以分批加入固体底物L-天冬氨酸的形式, 使100 g/L底物转化率达到97.8%。【结论】重组L-天冬氨酸α-脱羧酶在大肠杆菌中获得高效表达, 研究了酶转化生产β-丙氨酸的影响因素, 为其工业应用奠定了基础。     

α-酮戊二酸对氨氮胁迫下草鱼鳃Na+/K+-ATP酶活性及血液生化指标的影响

试验旨在研究饲粮添加α-酮戊二酸(α-ketoglutarate, α-KG)对氨氮胁迫下草鱼(Ctenopharyngodon idellus)鳃Na+/K+-ATP酶活性及血液生化指标的影响。选取初始体重为(24.79±0.11) g的健康草鱼, 随机分为3个处理组(对照组, 养于曝气后氨氮浓度为1.51 mg/L的自来水中并饲喂基础饲粮; 氨氮组, 养于氨氮浓度为18.37 mg/L的水中并饲喂基础饲粮; α-KG组, 养于氨氮浓度为18.37 mg/L的水中并饲喂添加0.75% α-KG的饲粮)。每处理组设3个重复, 每个重复30尾鱼, 养殖试验为期42d, 分别于第1、第14、第28和第42天采样。结果表明:在饲料中添加α-KG能够有效缓解氨氮胁迫导致的草鱼血浆氨含量(1d)、谷草转氨酶(Aspartate transaminase, AST)活性(14d)、碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase, ALP)活性(28d)的显著升高和鳃Na+/K+-ATP酶活性(28d)、血浆谷丙转氨酶(Alanine aminotransaminase, ALT)(28d和42d)活性、血浆尿素(UREA)含量(28d)的显著降低, 显著增加氨氮胁迫下草鱼血浆球蛋白(Globulin, GLB)含量(28d)。即饲粮α-KG的适量添加能够有效缓解草鱼氨氮胁迫所致的血氨含量升高, 维持氨氮胁迫下草鱼鳃Na+/K+-ATP酶、血浆谷丙转氨酶、谷草转氨酶、碱性磷酸酶的活性和血浆球蛋白、尿素含量的稳定, 从而有利于草鱼缓解氨氮胁迫。