Involvement of branched-chain amino acid aminotransferases in the production of fusel alcohols during fermentation in yeast
- 作者
- A. Eden, L. Van Nedervele, M. Drukker, N. Benvenisty, A. Debourg
- 单位
- The Hebrew University of Jerusalem, Institute of Life Sciences, Department of Genetics; Haute Ecole Lucia de Brouckere, Institut Meurice, Department of Brewing Sciences and Fermentation Technology
- 杂志
- Applied Microbiology and Biotechnology（2001）
- DOI
- 10.1007/s002530000506
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
揭示支链氨基酸氨基转移酶（BCAA转氨酶）在酵母发酵产生杂醇油（高级醇）过程中的作用，特别是区分合成代谢与分解代谢途径的贡献。
研究策略
利用酿酒酵母ECA39和ECA40基因敲除突变株，在YPD培养基上进行发酵实验，通过顶空气相色谱法监测不同高级醇（丙醇、异丁醇、活性戊醇、异戊醇）的浓度变化，并进一步结合ILV2和LEU2突变分析代谢途径。
核心内容
该研究通过构建酿酒酵母ECA39和ECA40支链氨基酸氨基转移酶基因的敲除突变株，在YPD培养基发酵中利用顶空气相色谱监测丙醇、异丁醇、活性戊醇和异戊醇四种高级醇的生成，以解析合成代谢与分解代谢途径对杂醇油形成的相对贡献。结果显示，eca40突变使异丁醇产量显著下降，而eca39突变无显著影响，表明胞质转氨酶ECA40是异丁醇生成的关键酶；丙醇产量不受两种突变影响。在eca39/eca40双突变体中，活性戊醇和异戊醇产量反而与野生型相当或更高，说明存在替代合成途径。进一步引入ilv2突变可完全消除异丁醇并大幅降低活性戊醇，但异戊醇仍高于野生型；在亮氨酸合成缺陷背景下双突变株仍产生异戊醇，提示存在一条独立于BCAA转氨酶和已知亮氨酸途径的未知合成通路。该工作首次利用转氨酶突变体阻断转氨步骤，明确了ECA40在异丁醇合成中的主导地位，同时揭示高级醇生成途径的冗余性，为代谢工程调控杂醇油组成提供了新的靶点和思路。
创新点
首次使用BCAA氨基转移酶突变体阻断转氨步骤，从而得以鉴定出其他可能导致高级醇形成的代谢途径；发现ECA40是异丁醇产生的关键酶。
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Saccharomyces cerevisiae | 异亮氨酸-亮氨酸-缬氨酸(ILV)代谢途径 | ECA39 | 线粒体支链氨基酸氨基转移酶 | 催化 | 基因敲除突变株MD22、MD124、MD138 |
| Saccharomyces cerevisiae | 异亮氨酸-亮氨酸-缬氨酸(ILV)代谢途径 | ECA40 | 胞质支链氨基酸氨基转移酶 | 催化 | 基因敲除突变株MD133、MD124、MD138 |
| Saccharomyces cerevisiae | 异亮氨酸-缬氨酸生物合成途径 | ILV2 | 乙酰乳酸合酶 | 催化 | 菌株MD138中敲除，导致α-酮丁酸积累 |
| Saccharomyces cerevisiae | 亮氨酸生物合成途径 | LEU2 | β-异丙基苹果酸脱氢酶 | 催化 | 菌株AE55、AE16、AE25、AE89中的leu2突变背景 |
关键发现
- eca40突变导致异丁醇产量显著下降，而eca39突变无显著影响
- 丙醇产量不受ECA39/ECA40突变影响
- 在eca39/eca40双突变体中，活性戊醇和异戊醇产量反而与野生型相当或更高，表明存在替代合成途径
- ilv2突变完全消除异丁醇产生，并大幅降低活性戊醇产量，但异戊醇仍高于野生型
- 在亮氨酸合成途径突变的背景下，双突变的BCAA转氨酶菌株仍产生异戊醇，提示存在另一条未知途径。文中未给出具体浓度数值。
研究结论
支链氨基酸氨基转移酶ECA39和ECA40在杂醇油形成中具有不同作用：ECA40主要负责缬氨酸转氨生成α-酮异戊酸进而合成异丁醇；活性戊醇和异戊醇的合成存在其他替代途径，BCAA转氨酶并非唯一关键酶。