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研究人员发现增强微生物呼吸作用能产生更多能量

发布日期:2019-10-15 13:44 来源:科技部
  细胞如何产生并利用能量?这个问题看似简单,但答案却并非如此。此外,了解微生物细胞工厂如何消耗能量以及分配蛋白质,这在工业发酵过程中至关重要。
  近日,发表在美国国家科学院院刊(PNAS)上的一项研究表明,通过优化发酵条件,可以引起大肠杆菌和面包酵母从发酵到呼吸的代谢转变。这种转变可以推动细胞产生更多的内部能量(ATP)。
  该研究通讯作者、瑞典查尔莫斯理工大学教授、丹麦技术大学诺和诺德生物可持续性基金会的科研主任Jens Nielsen说:“这一信息可以用于设计改进的新型细胞工厂。”
  细胞不断从葡萄糖中产生一种被称为ATP的高能分子。ATP被细胞内的酶消耗掉,酶利用这种能量构造生物质或者完成其他细胞工作。在其他因素相同的情况下,可用的ATP越多,微生物在发酵过程中就表现得越好。
  研究人员通过一种计算方法发现ATP可以通过两种途径产生:高产量呼吸途径(每个葡萄糖分子产生23.5个ATP)和低产量发酵途径(每个葡萄糖分子产生11个ATP)。
  这两种途径相互补充,但是研究人员发现,改变发酵环境以及糖和蛋白质的数量,可以改变这两者之间自然的平衡。此外,他们还证实,在相同的速率下,高产量途径比低产量途径需要更多的蛋白质。
  他们还发现,通过一些手段,提高一些关键酶的活性,能使细胞产生从低产量的发酵到高产量呼吸的代谢转变。这种转变既能够产生更多的细胞内ATP,也避免了发酵副产物的积累,比如大肠杆菌内的乙酸盐和面包酵母中的乙醇。
  此外,研究人员还发现,表现最佳的细胞实际上同时使用了两种途径,不仅仅是高产的途径,而且更多的蛋白质意味着在特定途径中效率更高。