Effects of Potassium on the Ethanol Production Rate of Saccharomyces cerevisiae Carrying the Plasmid pCYG4 Related with Ammonia Assimilation
- 作者
- N. L. C. LICINIO DA SILVA, A. A. SALGUEIRO, W. M. LEDINGHAM, E. H. M. MELO, J. L. LIMA FILHO
- 单位
- Department of Biochemistry and Microbiology, University of St. Andrews, Scotland, UK; Departamento de Engenharia Quimica/UFFE; Departamento de Bioquimica e Laboratorio de Imunopatologia Keizo Asami, LIKA, Universidade Federal de Pernambuco, Cidade Universitaria, Recife, PE, CEP Brazil 50730
- 杂志
- Applied Biochemistry and Biotechnology（1992）
- DOI
- 10.1007/BF02788852
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
研究钾离子对携带与氨同化相关质粒pCYG4的酿酒酵母乙醇产生速率的影响，探索钾与氨同化竞争关系及其对工程菌发酵性能的调控机制。
研究策略
在添加不同浓度KCl（最高180 mM）的培养基中进行批次培养，比较野生型Σ1278b和AR5（携带pCYG4）的生长速率、葡萄糖消耗速率和乙醇产量，并分析钾离子与铵离子竞争对代谢的影响。
核心内容
该研究考察了钾离子对携带氨同化相关质粒pCYG4的酿酒酵母工程菌AR5乙醇发酵性能的影响。通过在培养基中添加不同浓度KCl（最高180 mM）进行批次培养，比较了AR5菌株与野生型Σ1278b的生长速率、葡萄糖消耗和乙醇产量，并分析了钾与铵离子竞争性转运的代谢调控作用。结果显示，AR5菌株在3.5 mM KCl时获得最高乙醇产生速率，而葡萄糖摄取速率随KCl浓度升高至60 mM达到峰值，超过该浓度则受抑制。AR5菌株因携带gdh基因使NADP-谷氨酸脱氢酶酶活比野生型提高11倍，但其乙醇产生速率仅为野生型的约三分之一（2.7倍差异）。高钾浓度（>60 mM）下两种菌株生长均受抑，且AR5的葡萄糖摄取抑制程度是野生型的2倍。研究表明适中钾浓度可促进工程菌乙醇生产，而高钾因加剧与铵的竞争及增加能量需求而抑制发酵性能，这为优化工程菌发酵培养基中离子平衡提供了依据。
创新点
构建了携带谷氨酸脱氢酶基因（gdh）的质粒pCYG4，使NADP-谷氨酸脱氢酶酶活比野生型提高11倍；系统考察了钾离子浓度对高氨同化能力工程菌乙醇发酵的影响，揭示了钾与铵竞争性转运对葡萄糖利用和乙醇合成的调控作用。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Saccharomyces cerevisiae AR5 | 氨同化/谷氨酸合成 | gdh | NADP-谷氨酸脱氢酶 (NADP-GDH) | 催化 | 质粒pCYG4携带gdh基因，酶活比野生型高11倍，增强氨同化能力 |
关键发现
- AR5菌株在3.5 mM KCl条件下获得最高乙醇产生速率
- 葡萄糖摄取速率随KCl浓度升高至60 mM时达到峰值，超过60 mM则受到抑制
- 野生型菌株的乙醇产生速率是AR5菌株的2.7倍
- 携带质粒pCYG4的AR5菌株NADP-GDH酶活比野生型高11倍
- KCl浓度高于60 mM时两种菌株的生长速率均下降，AR5菌株的葡萄糖摄取抑制程度是野生型的2倍。
研究结论
钾离子对携带pCYG4质粒的工程菌乙醇生产有重要影响，适中浓度（3.5 mM）促进乙醇产生，高浓度（>60 mM）抑制葡萄糖摄取和生长。AR5菌株因氨同化增强和质粒存在导致能量需求增加，其生长速率、葡萄糖消耗和乙醇产量均低于野生型。