Regulation of Sugar and Ethanol Metabolism in Saccharomyces cerevisiae
- 作者
- Christopher Wills
- 杂志
- Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology（1990）
- DOI
- 10.3109/10409239009090611
- 所属领域
- 代谢调控
- 关键词
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解决的核心问题
综述酿酒酵母中糖与乙醇代谢途径及其调控机制，特别是葡萄糖抑制、糖酵解与糖异生调控的分子基础。
研究策略
系统回顾经典生化与遗传学文献，并结合分子生物学（基因克隆、基因破坏、启动子分析等）技术所揭示的调控机制。
核心内容
该综述系统回顾了酿酒酵母中糖与乙醇代谢的调控机制，重点聚焦葡萄糖抑制、糖酵解与糖异生的分子基础。作者整合经典生化遗传学与分子生物学证据，从基因克隆、启动子分析及基因破坏等角度，揭示代谢网络的多层级正负调控相互作用。关键结果包括：酿酒酵母基因组约为大肠杆菌的3倍，清酒型发酵可产生高达20%的乙醇；有氧生长时约30%的葡萄糖-6-磷酸进入磷酸戊糖途径；海藻糖在严重胁迫下可占细胞干重的23%。在糖酵解调控方面，gcr突变体中多数糖酵解酶在非发酵碳源上合成量仅为野生型的5%，在糖类上为20%–50%；ENO2在葡萄糖存在下表达上调20倍，其上游含两个UAS而ENO1仅含一个87 bp的UAS。磷酸果糖激酶由α4β4八聚体组成，单亚基突变仍可生长于葡萄糖，双突变则丧失发酵能力。该综述提出酵母通过调控冗余性及多层级正负因子的协同作用，确保不同碳源和环境胁迫下的代谢稳态，为理解真核能量代谢的复杂调控网络提供了系统框架。
创新点
从分子生物学视角整合酵母能量代谢调控网络，提出调控冗余性和多层级正/负调控相互作用的概念；将热休克元件与糖酵解基因调控联系起来。
研究对象（7）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Saccharomyces cerevisiae | 糖酵解 | GCR1 | Gcr1p | 调控 | 正向转录调控因子，调控多种糖酵解酶的高水平表达，缺失导致糖酵解酶水平大幅下降。 |
| Saccharomyces cerevisiae | 糖酵解 | PFK1, PFK2 | 磷酸果糖激酶 | 催化 | 由α和β亚基组成α4β4八聚体，两个亚基都有催化功能，双突变体不能发酵葡萄糖。 |
| Saccharomyces cerevisiae | 乙醇代谢 | ADH1, ADH2 | 乙醇脱氢酶 | 催化 | ADH1组成型，ADH2在葡萄糖缺乏时去阻遏，两者氨基酸序列95%相同。 |
| Saccharomyces cerevisiae | 糖异生 | FBP1 | 果糖-1,6-二磷酸酶 | 催化 | 受cAMP依赖性磷酸化调控，葡萄糖诱导其失活。 |
| Saccharomyces cerevisiae | 糖酵解/糖异生 | ENO1, ENO2 | 烯醇化酶 | 催化 | ENO2在葡萄糖上表达增加20倍，ENO1上游含87 bp UAS，ENO2有两个UAS，并受GCR1调控。 |
| Saccharomyces cerevisiae | 磷酸戊糖途径 | PGI1 | 磷酸葡萄糖异构酶 | 催化 | PGI1缺失株需依靠SPG1抑制子突变通过磷酸戊糖途径生长，突变体呼吸增强，无乙醇产生。 |
| Saccharomyces cerevisiae | 海藻糖代谢 | — | 海藻糖酶 | 催化 | 海藻糖在胁迫条件下积累可达细胞干重的23%，受cAMP依赖蛋白激酶调控。 |
关键发现
- 酿酒酵母基因组约为大肠杆菌的3倍
- 清酒型发酵可产生20%乙醇
- 海藻糖在严重胁迫下可占细胞干重23%
- 有氧生长时高达30%的葡萄糖-6-磷酸进入磷酸戊糖途径
- gcr突变体中多数糖酵解酶在非发酵碳源上合成量低于野生型5%，在糖类上为20-50%
- ENO2在葡萄糖存在下表达增加20倍
- 磷酸果糖激酶由α4β4八聚体组成，单亚基突变仍可生长于葡萄糖，双突变则不能发酵
- ENO1上游存在87 bp UAS，ENO2含两个UAS。
研究结论
酵母的糖和乙醇代谢受多层级、高度冗余的调控系统控制，正负调控因子共同作用，确保细胞在不同碳源和环境胁迫下维持代谢稳态。