《表1 大肠杆菌乙酰辅酶A代谢调控研究进展》

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《大肠杆菌乙酰辅酶A代谢调控及其应用研究进展》

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糖酵解途径通过氧化脱羧将丙酮酸生成乙酰辅酶A，该途径的固有缺陷即碳损失的问题，在没有和CO2固定途径偶联的情况下，损失的一碳单位导致碳得率下降[38]。2013年，Liao课题组[39]通过模拟计算构建出一条通过一分子葡萄糖生成三分子乙酰辅酶A而没有碳损失的途径，即非氧化酵解途径（non-oxidative glycolysis，NOG途径）。如图1所示，在大肠杆菌中构建该途径需要引入磷酸转酮酶（fxpk），该酶既能催化木酮糖-5-磷酸生成甘油醛-3-磷酸和乙酰磷酸，又能催化果糖-6-磷酸生成赤藓糖-4-磷酸和乙酰磷酸，甘油醛-3-磷酸和赤藓糖-4-磷酸参与接下来的碳重排，重新生成果糖-6-磷酸。经过一次循环，一分子葡萄糖可在没有碳损失的情况下生成三分子乙酰磷酸，乙酰磷酸在磷酸转乙酰酶作用下生成乙酰辅酶A。该课题组以木糖为碳源合成乙酸，分别验证了体内体外NOG途径的有效性。结果表明，乙酸对木糖的摩尔得率达到了2.2，非常接近最大理论得率2.5，而糖酵解途径中乙酸对木糖的摩尔得率只有1.67。自Liao课题组提出NOG途径后，很多研究利用NOG途径改善以乙酰辅酶A为前体的产品，如PHB、丙酮等[40-41]。但NOG途径无法在以葡萄糖为碳源的基本盐培养基中很好生长，大肠杆菌仍会优先选择EMP途径进行糖代谢，因为NOG途径自身存在能量供给不足问题。Lin等[42]通过理性设计，将大肠杆菌内EMP途径阻断，使细胞只能利用NOG途径进行糖代谢合成乙酰辅酶A，结合实验室适应性进化，获得的进化菌株可在厌氧条件下利用NOG途径合成乙酸，碳得率接近100%。Wang等[43]敲除pfkA基因（编码6-磷酸果糖激酶）和edd基因，丙酮酸到乙酰辅酶A的通量从110.9降低到7.75，大部分碳代谢流通过NOG途径合成乙酰辅酶A，以乙酰辅酶A为前体的PHB、脂肪酸、甲羟戊酸得率都相应提高，其中甲羟戊酸得率64.3%，达到目前报道的最高水平。大肠杆菌乙酰辅酶A代谢调控的汇总见表1。