Glycolytic Enzymes and Intermediates in Carbon Catabolite Repression Mutants of Saccharomyces cerevisiae
- 作者
- K.-D. Entian, F.K. Zimmermann
- 单位
- Institut für Mikrobiologie, Technische Hochschule Darmstadt, Schnittspahnstraße 10, D-6100 Darmstadt, Federal Republic of Germany
- 杂志
- Molecular and General Genetics（1980）
- DOI
- 10.1007/BF00267449
- 所属领域
- 微生物代谢调控
- 关键词
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解决的核心问题
确定HEX1、HEX2和CAT80基因突变导致的碳分解代谢物阻遏缺陷是否由糖酵解酶活性或糖酵解中间产物异常引起。
研究策略
比较三类突变体与对应野生型在葡萄糖（阻遏）和乙醇（非阻遏）培养基上的糖酵解酶特异活性、糖酵解中间产物浓度、发酵和呼吸速率，并分析可阻遏酶（如α-葡萄糖苷酶、蔗糖酶、苹果酸脱氢酶等）的阻遏谱。
核心内容
该研究通过比较酿酒酵母HEX1、HEX2和CAT80三类碳分解代谢物阻遏突变体与野生型在阻遏（葡萄糖）和非阻遏（乙醇）条件下的糖酵解酶活性、中间产物浓度及发酵呼吸速率，探究阻遏缺陷是否源于糖酵解异常。结果显示，所有菌株葡萄糖生长细胞的丙酮酸激酶和丙酮酸脱羧酶活性均比乙醇生长细胞高4至5倍，但hex1突变体已糖磷酸化活性显著降低约87%，hex2突变体仅在葡萄糖条件下升高约2.6倍，cat80则与野生型无异；其他糖酵解酶及中间产物浓度均无显著差异。阻遏谱分析表明三个基因均影响α-葡萄糖苷酶等阻遏，hex1和hex2还额外作用于琥珀酸脱氢酶等，cat80则否。研究据此得出碳分解代谢物阻遏不依赖糖酵解中间产物单纯积累，而是由HEX1、HEX2和CAT80基因产物直接或间接调控，且三基因作用谱部分重叠而各异，揭示阻遏调控回路高度复杂，并非由单一低分子量代谢物主导。
创新点
发现糖酵解中间产物浓度在突变体中无明显异常，表明碳分解代谢物阻遏并非由糖酵解中间产物单独触发，而是依赖HEX1、HEX2和CAT80基因产物的直接或间接作用；同时揭示了三个基因具有不同且部分重叠的作用谱。
研究对象（5）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Saccharomyces cerevisiae | 己糖磷酸化 | HEX1 | — | 催化 | hex1突变导致己糖磷酸化活性降低，且失去碳分解代谢物失活功能，可能编码己糖磷酸化系统的结构成分。 |
| Saccharomyces cerevisiae | 己糖磷酸化调控 | HEX2 | — | 调控 | hex2突变导致葡萄糖生长细胞己糖磷酸化活性升高，推测参与该系统组分的合成调控。 |
| Saccharomyces cerevisiae | 碳分解代谢物阻遏 | CAT80 | — | 调控 | cat80突变影响α-葡萄糖苷酶、蔗糖酶和部分苹果酸脱氢酶的阻遏，作用谱最小。 |
| Saccharomyces cerevisiae | 糖酵解 | — | 丙酮酸激酶 | 催化 | 葡萄糖生长细胞中活性比乙醇生长细胞高4-5倍，但各突变体与野生型无显著差异。 |
| Saccharomyces cerevisiae | 糖酵解 | — | 丙酮酸脱羧酶 | 催化 | 葡萄糖生长细胞中活性比乙醇生长细胞高4-5倍，但各突变体与野生型无显著差异。 |
关键发现
- ['所有菌株（突变体和野生型）在葡萄糖生长细胞中的丙酮酸激酶和丙酮酸脱羧酶特异活性比乙醇生长细胞高4-5倍（例如野生型HEX1：丙酮酸激酶2033 nmol/min·mg vs 470，约4.3倍
- 丙酮酸脱羧酶1111 vs 274，约4.1倍）。', 'hex1突变体在所有培养基中已糖磷酸化活性显著降低（hex1-38：葡萄糖磷酸化145 vs 野生型1143，约降低87%
- 果糖磷酸化283 vs 1287，约降低78%）。', 'hex2突变体仅在葡萄糖生长细胞中已糖磷酸化活性升高（葡萄糖磷酸化2585 vs 野生型991，约2.6倍
- 果糖磷酸化3524 vs 1442，约2.4倍），乙醇生长细胞中正常。', 'cat80突变体的已糖磷酸化活性与野生型无差异（葡萄糖磷酸化987 vs 883，果糖磷酸化1183 vs 1231）。', '所有突变体中其他糖酵解酶（如磷酸葡萄糖异构酶、磷酸果糖激酶、醛缩酶等）活性与野生型无显著差异。', 'hex1突变体对葡萄糖的发酵速率显著降低（hex1-18为454 nmol CO2/min·mg，野生型为1030，约降低56%），而hex2和cat80突变体发酵速率正常。', '糖酵解中间产物（如葡萄糖-6-磷酸、果糖-6-磷酸等）浓度在突变体和野生型之间没有显著差异。', '阻遏谱分析显示：三类突变体均影响α-葡萄糖苷酶、蔗糖酶和总苹果酸脱氢酶的阻遏
- hex1和hex2还影响琥珀酸脱氢酶和NADH脱氢酶的阻遏，而cat80不影响
- 所有突变体均不涉及乙醛酸循环和糖异生酶的阻遏（如苹果酸合酶、异柠檬酸裂解酶、果糖-1,6-二磷酸酶在阻遏条件下均正常）。']
研究结论
碳分解代谢物阻遏不依赖于糖酵解中间产物的单纯积累，HEX1、HEX2和CAT80基因产物直接或间接参与触发阻遏。三个基因的作用谱有部分重叠但明显不同，表明即使一个小的阻遏片段也受多个调控基因控制，整个碳分解代谢物阻遏调控回路高度复杂，并非由单个低分子量化合物主导。