降低光滑球拟酵母电子传递链活性加速丙酮酸合成

光滑球拟酵母CCTCCM2 0 2 0 19经溴化乙锭诱变 ,挑选假阳性呼吸缺陷型菌株共 4 0株。对其中 7株丙酮酸产量提高的突变株进行发酵性底物 (葡萄糖 )和非发酵性底物 (甘油、乙酸 )的利用能力测试 ,鉴定得到 3株呼吸缺陷型突变株RD 16、RD 17和RD 18。相对于出发菌株 ,呼吸缺陷型突变株生长速率下降 ,最终菌体浓度降低 2 1%～2 9% ,胞内ATP含量下降 15 %～ 2 1% ,但单位细胞耗葡萄糖能力和单位细胞产丙酮酸能力分别提高了 2 0 7%～30 7%和 30 7%～ 5 5 5 %。进一步研究发现 ,呼吸缺陷型突变株线粒体复合体Ⅰ、Ⅰ Ⅲ、Ⅱ Ⅲ和Ⅳ的活性分别下降了 34%～ 4 1%、38 6 %～ 5 2 6 %、2 1%～ 2 5 %、15 0 %～ 6 30 % ,表明线粒体电子传递链氧化NADH的功能受到抑制。为使酵解产生的NADH正常氧化 ,在RD 18菌株的对数生长期流加 2 1mmol L外源电子受体乙醛。发现细胞合成丙酮酸能力提高 2 1 6 % ,且葡萄糖消耗速度明显加快 ,发酵周期缩短 14h。结果表明适当削弱能量代谢能够提高真核微生物中心代谢途径的速度     

提高光滑球拟酵母乙酰辅酶A水平促进α－酮戊二酸合成

[目的]为了了解光滑球拟酵母中乙酰辅酶A含量对其碳代谢及其通量的影响.[方法]将来源于酿酒酵母中编码乙酰辅酶A合成酶ACS2基因过量表达于发酵法生产丙酮酸的生产菌株Torulopsis glabrata中,获得了一株乙酰辅酶A合成酶活性提高9.2倍(1.20 U/mg protein)的重组菌T. glabrataACS2-1.[结果]与出发菌株WSH-IP303相比,重组菌T glabrataACS2-1:(1)能以乙酸为唯一碳源在胞内积累0.94 mmol/(L·g DCW)的L酰辅酶A;(2)以葡萄糖为唯一碳源时胞内乙酰辅A浓度、α-酮戊二酸产量和Cα-KG,Cpyr是出发菌株WSH-IP303的3.22、2.05和2.52倍;(3)在葡萄糖培养基中添加4 g/L 乙酸,使乙酰辅酶A浓度、α-酮戊二酸产量和CαKG>>/Cpyr是出发菌株WSH-IP303的4.55、2.47和3.75倍,α-酮戊二酸浓度达到17.8 g/L.[结论]这一结果表明,改变细胞内关键辅因子的浓度能使碳代谢流的流向与通量发生改变,从积累丙酮酸转向过量积累α-酮戊二酸.     

提高光滑球拟酵母乙酰辅酶A水平促进a-酮戊二酸合成

【目的】为了了解光滑球拟酵母中乙酰辅酶A含量对其碳代谢及其通量的影响。【方法】将来源于酿酒酵母中编码乙酰辅酶A合成酶ACS2基因过量表达于发酵法生产丙酮酸的生产菌株Torulopsis glabrata中,获得了一株乙酰辅酶A合成酶活性提高9.2倍(1.20 U/mg protein)的重组菌T. glabrata ACS2-1。【结果】与出发菌株WSH-IP303相比,重组菌T. glabrata ACS2-1：(1)能以乙酸为唯一碳源在胞内积累0.94 mmol/(L·g DCW)的乙酰辅酶A;(2)以葡萄糖为唯一碳源时胞内乙酰辅酶A浓度、a-酮戊二酸产量和Ca-KG/Cpyr是出发菌株WSH-IP303 的3.22、2.05和2.52倍;(3)在葡萄糖培养基中添加4 g/L乙酸,使乙酰辅酶A浓度、a-酮戊二酸产量和Ca-KG/Cpyr是出发菌株WSH-IP303的4.55、2.47和3.75倍,a-酮戊二酸浓度达到17.8 g/L。【结论】这一结果表明,改变细胞内关键辅因子的浓度能使碳代谢流的流向与通量发生改变,从积累丙酮酸转向过量积累a-酮戊二酸。     

丙酮酸发酵能力的提高

筛选了 3 氟代丙酮酸敏感型突变株 ,丙酮酸发酵生产水平正突变率 1 0 0 % ,最高产酸达584mmol/L ,提高 77% ;作为对照 ,3 氟代丙酮酸抗性型的正突变率只有 1 2 .5%。第 2次γ 照射处理中 ,DG抗性突变株的残糖从 3 .2 1 g/L降至 0 .0 1 1 6g/L。     

丙酮酸脱氢酶活性调控在线粒体代谢与生长平衡中的作用

丙酮酸脱氢酶多酶复合体(PDC)催化丙酮酸生成乙酰辅酶 A(acetyl-CoA)的反应是线粒体代谢与生长的调控枢纽.丙酮酸脱氢酶激酶 (PDK)/丙酮酸脱氢酶磷酸酶(PDP)对丙酮酸脱氢酶(PDH)的磷酸化 /脱磷酸化作用以及丙酮酸/乙酰辅酶A对PDH底物产物水平的调控是线粒体适应不同生理环境的代谢调节方式,而调控 PDK基因转录的上游信号恰好也是线粒体生长或生物发生的调控机制.过氧化物酶体增殖物激活受体 (PPAR)/过氧化物酶体增殖物激活受体g共激活因子-1(PGC-1) 信号通路可能是线粒体代谢与生长在基因转录水平的共同调控通路.线粒体代谢与生长经共同通路调节可维持线粒体功能与结构之间的平衡.     

乙酰辅酶A合成酶家族中保守的色氨酸残基的生化功能（英文）北大核心CSCD

甲烷菌与甲烷八叠球菌是仅有的两种已知利用乙酸盐进行甲烷生成的菌属。稻田以及厌氧的废物分解物是甲烷生物生成的主要来源。甲烷菌在自然界广泛分布,相比甲烷八叠球菌,在低乙酸盐的环境中对乙酸盐仍有高亲和力。在甲烷生成第一步即将乙酸盐转化为乙酰辅酶A的过程中,与甲烷八叠球菌利用乙酸激酶与磷酸转乙酰酶激活途径不同,甲烷菌通过腺嘌呤形成乙酰辅酶A合成酶进行催化。在甲烷菌一属(Methanosaeta concilii)中,共发现5个乙酰辅酶A合成酶的编码基因,其中3种乙酰辅酶A合成酶的生化及酶活特性已被确定。该3种乙酰辅酶A合成酶均以乙酸盐为其最优底物。尽管在短链乙酰辅酶A合成酶家族中,发现酰基底物结合位点高度保守,但乙酰辅酶A合成酶家族的酰基底物范围极为广泛。本研究对甲烷菌中不同种乙酰辅酶A合成酶的酰基底物结合位点的关键氨基酸进行识别与比较,从而对乙酰辅酶A合成酶家族的酶活特性有更全面深入的了解。首先,我们对甲烷菌一属中乙酰辅酶A合成酶4进行生化性质测定。结果表明,该酶无催化一系列酰基底物为酰基辅酶A或其中间产物酰基腺苷酸的活性。通过序列对比发现,嗜热自养甲烷杆菌的乙酰辅酶A合成酶1中高度保守的416位色氨酸残基在甲烷菌一属的乙酰辅酶A合成酶4中被替换成528位苯丙氨酸残基。将甲烷菌一属的乙酰辅酶A合成酶4中的528位苯丙氨酸残基点突变为色氨酸残基后,进行酶学性质测定,未检测到该突变体具有乙酰辅酶A/乙酰腺苷酸合成活性。我们进一步对嗜热自养甲烷杆菌的乙酰辅酶A合成酶1中的416位色氨酸残基点突变为苯丙氨酸残基,酶活性质结果显示,突变酶对于乙酸盐以及丙酸盐作为底物时的活性未有明显差异。然而,以丙酸盐为底物时,释放丙酰腺苷酸中间产物。该结果表明,热自养甲烷杆菌的乙酰辅酶A合成酶1对于底物乙酸盐或丙酸盐的催化作用不甚相同,苯丙氨酸中的苯甲酰环降低该酶保留中间产物丙酰腺苷酸,从而转化为丙酰辅酶A的能力。     

乙酰辅酶A合成酶家族中保守的色氨酸残基的生化功能（英文）

甲烷菌与甲烷八叠球菌是仅有的两种已知利用乙酸盐进行甲烷生成的菌属。稻田以及厌氧的废物分解物是甲烷生物生成的主要来源。甲烷菌在自然界广泛分布,相比甲烷八叠球菌,在低乙酸盐的环境中对乙酸盐仍有高亲和力。在甲烷生成第一步即将乙酸盐转化为乙酰辅酶A的过程中,与甲烷八叠球菌利用乙酸激酶与磷酸转乙酰酶激活途径不同,甲烷菌通过腺嘌呤形成乙酰辅酶A合成酶进行催化。在甲烷菌一属(Methanosaeta concilii)中,共发现5个乙酰辅酶A合成酶的编码基因,其中3种乙酰辅酶A合成酶的生化及酶活特性已被确定。该3种乙酰辅酶A合成酶均以乙酸盐为其最优底物。尽管在短链乙酰辅酶A合成酶家族中,发现酰基底物结合位点高度保守,但乙酰辅酶A合成酶家族的酰基底物范围极为广泛。本研究对甲烷菌中不同种乙酰辅酶A合成酶的酰基底物结合位点的关键氨基酸进行识别与比较,从而对乙酰辅酶A合成酶家族的酶活特性有更全面深入的了解。首先,我们对甲烷菌一属中乙酰辅酶A合成酶4进行生化性质测定。结果表明,该酶无催化一系列酰基底物为酰基辅酶A或其中间产物酰基腺苷酸的活性。通过序列对比发现,嗜热自养甲烷杆菌的乙酰辅酶A合成酶1中高度保守的416位色氨酸残基在甲烷菌一属的乙酰辅酶A合成酶4中被替换成528位苯丙氨酸残基。将甲烷菌一属的乙酰辅酶A合成酶4中的528位苯丙氨酸残基点突变为色氨酸残基后,进行酶学性质测定,未检测到该突变体具有乙酰辅酶A/乙酰腺苷酸合成活性。我们进一步对嗜热自养甲烷杆菌的乙酰辅酶A合成酶1中的416位色氨酸残基点突变为苯丙氨酸残基,酶活性质结果显示,突变酶对于乙酸盐以及丙酸盐作为底物时的活性未有明显差异。然而,以丙酸盐为底物时,释放丙酰腺苷酸中间产物。该结果表明,热自养甲烷杆菌的乙酰辅酶A合成酶1对于底物乙酸盐或丙酸盐的催化作用不甚相同,苯丙氨酸中的苯甲酰环降低该酶保留中间产物丙酰腺苷酸,从而转化为丙酰辅酶A的能力。     

强化乙酰辅酶A供应对裂殖壶菌合成二十二碳六烯酸的影响

细胞液中乙酰辅酶A的持续供应是脂肪酸高效积累的必要条件。考虑到甲羟戊酸和脂肪酸合成途径共用相同的前体乙酰辅酶A,抑制甲羟戊酸途径可能促使更多的乙酰辅酶A流向脂肪酸合成。通过添加前体物质或/和甲羟戊酸途径酶的抑制剂以强化乙酰辅酶A的供应,即在裂殖壶菌发酵起始或/和后期添加乙酸、发酵起始添加甲羟戊酸途径酶的抑制剂辛伐他汀或柠檬酸、发酵起始同时添加乙酸和辛伐他汀或柠檬酸并考察其对裂殖壶菌合成二十二碳六烯酸 (DHA)的影响,结果发现发酵起始同时添加6mmol/L的乙酸和1μmol/L的辛伐他汀时,DHA产量最高,达到13.21g/L,比对照提高了46.61%。     

光滑球拟酵母新霉素抗性株加速葡萄糖代谢

为进一步提高光滑球拟酵母发酵生产丙酮酸的生产强度,在能量代谢分析的基础上提出了降低ATP合成酶活性、但不影响NADH氧化的育种策略。通过亚硝基胍诱变,获得一株新霉素抗性突变株N07,该菌株F1ATPase活性降低65%、丙酮酸产量高于48gL且单位细胞消耗葡萄糖能力提高38%。添加双环己基碳二亚胺(DCCD)、叠氮钠(NaN3)、新霉素显著降低出发株F1ATPase活性但不影响突变株F1ATPase活性。突变菌株胞内ATP含量下降23.7%导致生长速率和最终菌体浓度(为出发菌株的76%)均低于出发菌株,但葡萄糖消耗速度和丙酮酸生产速度分别提高34%和42.9%,发酵周期缩短12h。进一步研究发现,突变株糖酵解途径中关键酶磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶和磷酸甘油醛激酶的活性提高了63.7%、28.8%和14.4%,电子传递链关键酶活性提高10%。结果表明降低真核微生物F1ATPase活性有效地提高了糖酵解关键酶活性而加速葡萄糖代谢。     

敲除aceE基因对猪链球菌丙酮酸代谢的影响

【目的】探究缺失编码丙酮酸脱氢酶蛋白的aceE基因对猪链球菌生长特性、三羧酸循环和丙酮酸代谢的影响。【方法】通过测量菌液的OD600值,绘制野生型菌株与aceE基因缺失突变株的生长曲线;利用试剂盒测定三羧酸循环和丙酮酸代谢旁路中乙酰CoA、琥珀酸CoA、延胡索酸、草酰乙酸、丙酮酸、乳酸和ATP的含量,通过荧光定量qRT-PCR确定柠檬酸合酶基因、苹果酸脱氢酶基因、琥珀酸脱氢酶基因、异柠檬酸脱氢酶基因、丙酮酸脱羧酶基因、乳酸脱氢酶基因、乙醇脱氢酶基因和乙醛脱氢酶基因的表达水平。【结果】与野生株相比,菌株ΔaceE在平台期OD600值下降;添加1g/L乙酸盐能够显著提升菌株ΔaceE平台期OD600值。菌株ΔaceE的丙酮酸含量上升,ATP含量下降;三羧酸循环代谢中乙酰CoA、琥珀酸CoA、延胡索酸含量降低;柠檬酸合酶基因和苹果酸脱氢酶基因表达水平上升,琥珀酸脱氢酶基因和异柠檬酸脱氢酶基因表达水平下调;在丙酮酸代谢旁路中丙酮酸脱羧酶基因、乳酸脱氢酶基因、乙醇脱氢酶基因和乙醛脱氢酶基因表达水平上升。【结论】结果显示,菌株ΔaceE三羧酸循环活性降低,虽然能够通过PDH旁路将部分丙酮酸分解为乙...     

Manipulating the pyruvate dehydrogenase bypass of a multi-vitamin auxotrophic yeast Torulopsis glabrata enhanced pyruvate production

AIMS: To investigate the relationship between the activity of pyruvate dehydrogenase (PDH) bypass and the production of pyruvate of a multi-vitamin auxotrophic yeast Torulopsis glabrata. METHODS AND RESULTS: Torulopsis glabrata CCTCC M202019, a multi-vitamin auxotrophic yeast that requires acetate for complete growth on glucose minimum medium, was selected after nitrosoguanidine mutagenesis of the parent strain T. glabrata WSH-IP303 screened in previous study [Li et al. (2001) Appl. Microbiol. Biotechnol. 55, 680-685]. Strain CCTCC M202019 produced 21% higher pyruvate than the parent strain and was genetically stable in flask cultures. The activities of the pyruvate metabolism-related enzymes in parent and mutant strains were measured. Compared with the parent strain, the activity of pyruvate decarboxylase (PDC) of the mutant strain CCTCC M202019 decreased by roughly 40%, while the activity of acetyl-CoA synthetase (ACS) of the mutant increased by 103.5 or 57.4%, respectively, in the presence or absence of acetate. Pyruvate production by the mutant strain CCTCC M202019 reached 68.7 g l(-1) at 62 h (yield on glucose of 0.651 g g(-1)) in a 7-l jar fermentor. CONCLUSIONS: The increased pyruvate yield in T. glabrata CCTCC M202019 was due to a balanced manipulation of the PDH bypass, where the shortage of cytoplasmic acetyl-CoA caused by the decreased activity of PDC was properly compensated by the increased activity of ACS. SIGNIFICANCE AND IMPACT OF THE STUDY: Manipulating the PDH bypass may provide an alternative approach to enhance the production of glycolysis-related metabolites.     

Increasing glycolytic flux in Torulopsis glabrata by redirecting ATP production from oxidative phosphorylation to substrate-level phosphorylation

AIMS: This study aimed at further increasing the pyruvate productivity of a multi-vitamin auxotrophic yeast Torulopsis glabrata by redirecting ATP production from oxidative phosphorylation to substrate-level phosphorylation. METHODS AND RESULTS: We examined two strategies to decrease the activity of F0F1-ATPase. The strategies were to inhibit F0F1-ATPase activity by addition of oligomycin, or to disrupt F0F1-ATPase by screening neomycin-resistant mutant. The addition of 0.05 mmol l(-1) oligomycin to the culture broth of T. glabrata CCTCC M202019 resulted in a significantly decreased intracellular ATP level (35.7%) and a significantly increased glucose consumption rate (49.7%). A neomycin-resistant mutant N07 was screened and selected after nitrosoguanidine mutagenesis of the parent strain T. glabrata CCTCC M202019. Compared with the parent strain, the F0F1-ATPase activity of the mutant N07 decreased about 65%. As a consequence, intracellular ATP level of the mutant N07 decreased by 24%, which resulted in a decreased growth rate and growth yield. As expected, glucose consumption rate and pyruvate productivity of the mutant N07 increased by 34% and 42.9%, respectively. Consistently, the activities of key glycolytic enzymes of the mutant N07, including phosphofructokinase, pyruvate kinase and glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, increased by 63.7%, 28.8% and 14.4%, respectively. In addition, activities of the key enzymes involved in electron transfer chain of the mutant N07 also increased. CONCLUSIONS: Impaired oxidative phosphorylation in T. glabrata leads to a decreased intracellular ATP production, thereby increasing the glycolytic flux. SIGNIFICANCE AND IMPACT OF THE STUDY: The strategy of redirecting ATP production from oxidative phosphorylation to substrate-level phosphorylation provides an alternative approach to enhance the glycolytic flux in eukaryotic micro-organisms.     

过量表达NADH氧化酶加速光滑球拟酵母合成丙酮酸

[目的]进一步提高光滑球拟酵母(Torulopsis glabrata)发酵生产丙酮酸的生产强度.[方法]将来源于乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)中编码形成水的NADH氧化酶noxE基因过量表达于丙酮酸工业生产菌株T. glabrata CCTCC M202019中,获得了一株NADH氧化酶活性为34.8 U/mg蛋白的重组菌T. glabrata-PDnoxE.[结果]与出发菌株T. glabrata CCTCC M202019相比,细胞浓度、葡萄糖消耗速率和丙酮酸生产强度分别提高了168%、44.9%和12%,发酵进行到36 h葡萄糖消耗完毕.补加50 g/L葡萄糖继续发酵20 h,则使丙酮酸浓度提高到67.2 g/L.葡萄糖消耗速度和丙酮酸生产强度增加的原因在于形成水的NADH氧化酶过量表达,导致NADH和ATP含量分别降低了18.1%和15.8%.而NAD<' 增加了11.1%.[结论]增加细胞内NAD<' 含量能有效地提高酵母细胞葡萄糖的代谢速度及目标代谢产物的生产强度.     

一株耐受低pH光滑球拟酵母RT-6的生理特性

摘要：【目的】 研究一株耐受pH 1.91的光滑球拟酵母 (Torulopsis glabrata) RT-6的生理特性。【方法】在不同的pH条件下,对比分析原菌CCTCC M202019和突变株RT-6胞内pH、胞内ATP水平、H+-ATPase酶活、膜脂肪酸组成和聚磷酸盐含量等生理学特性的差异。【结果】与原菌比较,突变株RT-6：(1)生物量和丙酮酸产量分别提高了60.6 %和85.4 % (56 h);(2) 在胞外pH5.0、4.5、4.0时,胞内pH极显著高于原菌;(3)胞内ATP、H+-ATP     

丙酮酸高产菌株的选育及中试研究

对T.glabrata WSH-IP12进行EMS诱变,挑选以NH4Cl为唯一氮源的平板上透明圈较大的菌株,经初筛和复筛后,发现T.glabrata WSH-IP303生产丙酮酸的能力强且稳定。以NH4Cl为唯一氮源摇瓶培养48h,其丙酮酸产量（35．1g/L）比出发菌株（21．4g/L)提高了64％。采用该菌株在300L罐上进行了4批发酵试验,丙酮酸产量最高可达58．4g/L,对葡萄糖产率0．562g/g。     

添加TCA循环中间产物加速光滑球拟酵母积累丙酮酸

在维生素限制的条件下,研究了添加TCA循环中间产物对光滑球拟酵母多重维生素营养缺陷型菌株CCTCC M202019生长和积累丙酮酸的影响。该菌株能以TCA循环中间产物为唯一碳源进行生长,且在以葡萄糖、乙酸和TCA循环中间产物为复合碳源的平板上菌落数高于分别以葡萄糖和乙酸或TCA循环中间产物为唯一碳源时的菌落数。与其它TCA循环中间产物相比,草酰乙酸更能促进细胞的生长、提高丙酮酸产量和对葡萄糖的得率。草酰乙酸能够促进细胞生长,是因为T. glabrata CCTCC M202019菌株能够利用乙酸作为乙酰辅酶A供体。在含有100 g/L葡萄糖和6 g/L乙酸钠的培养基中再添加10 g/L草酰乙酸进行分批发酵实验,可使菌体浓度从11.8 g/L提高到 13.6 g/L,增长幅度为15%;丙酮酸对葡萄糖的得率(0.66 g/g)以及生产强度(1.19 g·L^{-1<、sup>·h-1<、sup>)分别高出6%和24%,使发酵结束时间提前8～12h。}     

Enhancement of pyruvate productivity in Torulopsis glabrata: Increase of NAD+ availability

This study aimed at increasing the pyruvate productivity from a multi-vitamin auxotrophic yeast Torulopsis glabrata, by increasing the availability of NAD+. We examined two strategies for increasing availability of NAD+. To supplement nicotinic acid (NA), the precursor of NAD+; and to increase the activity of alcohol dehydrogenase integrating with addition acetaldehyde as exterior electron acceptor. The addition of 8 mg l(-1) NA to the fermentation medium resulted in a significant increase in the glucose consumption rate (48.4%) and the pyruvate concentration (29%). An ethanol-utilizing mutant WSH-13 was screened and selected after nitrosoguanidine mutagenesis of the parent strain T. glabrata CCTCC M202019. Compared with the parent strain, the alcohol dehydrogenase activity of the mutant WSH-13 increased about 110% and the mutant could utilize ethanol as the sole carbon source for growth (1.8 g l(-1) dry cell weight). When growing with glucose, the addition of 4 mg l(-1) acetaldehyde to the mutant WSH-13 culture broth led to a significant increase in the glucose consumption rate (26.3%) and pyruvate production (22.5%), but the ratio of NADH/NAD+ decreased to 0.22. Acetaldehyde did not affect the glucose and energy metabolism at high dissolved oxygen (DO) concentration. However, at lower DO concentration (20%), maintaining the acetaldehyde concentration in the mutant culture broth at 4 mg l(-1) caused an increased NAD+ concentration but a decreased NADH concentration. As a consequence, the pyruvate production rate, the pyruvate yield on glucose and the pyruvate concentration were 68, 44 and 45% higher, respectively, than the corresponding values of the control (without acetaldehyde). The strategy for increasing the glycolytic flux and the pyruvate productivity in T. glabrata by increasing the availability of NAD+ may provide an alternative approach to enhance the metabolites productivity in yeast.