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研究人員發現增強微生物呼吸作用能產生更多能量

發布日期:2019-10-15 13:44 來源:科技部
  細胞如何產生并利用能量?這個問題看似簡單,但答案卻并非如此。此外,了解微生物細胞工廠如何消耗能量以及分配蛋白質,這在工業發酵過程中至關重要。
  近日,發表在美國國家科學院院刊(PNAS)上的一項研究表明,通過優化發酵條件,可以引起大腸桿菌和面包酵母從發酵到呼吸的代謝轉變。這種轉變可以推動細胞產生更多的內部能量(ATP)。
  該研究通訊作者、瑞典查爾莫斯理工大學教授、丹麥技術大學諾和諾德生物可持續性基金會的科研主任Jens Nielsen說:“這一信息可以用于設計改進的新型細胞工廠。”
  細胞不斷從葡萄糖中產生一種被稱為ATP的高能分子。ATP被細胞內的酶消耗掉,酶利用這種能量構造生物質或者完成其他細胞工作。在其他因素相同的情況下,可用的ATP越多,微生物在發酵過程中就表現得越好。
  研究人員通過一種計算方法發現ATP可以通過兩種途徑產生:高產量呼吸途徑(每個葡萄糖分子產生23.5個ATP)和低產量發酵途徑(每個葡萄糖分子產生11個ATP)。
  這兩種途徑相互補充,但是研究人員發現,改變發酵環境以及糖和蛋白質的數量,可以改變這兩者之間自然的平衡。此外,他們還證實,在相同的速率下,高產量途徑比低產量途徑需要更多的蛋白質。
  他們還發現,通過一些手段,提高一些關鍵酶的活性,能使細胞產生從低產量的發酵到高產量呼吸的代謝轉變。這種轉變既能夠產生更多的細胞內ATP,也避免了發酵副產物的積累,比如大腸桿菌內的乙酸鹽和面包酵母中的乙醇。
  此外,研究人員還發現,表現最佳的細胞實際上同時使用了兩種途徑,不僅僅是高產的途徑,而且更多的蛋白質意味著在特定途徑中效率更高。
 
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