黑曲霉檸檬酸積累代謝機(jī)制研究進(jìn)展

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1、黑曲霉檸檬酸積累代謝機(jī)制研究進(jìn)展：檸檬酸是能量代謝的產(chǎn)物，只有在阻止正常代謝進(jìn)行的情況下檸檬酸才可能大量積累。20世紀(jì)30年代人們已經(jīng)初步掌握了黑曲霉（Aspergillusniger）檸檬酸的發(fā)酵條件并進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)，然而對檸檬酸積累機(jī)理的研究還不是很透徹，黑曲霉檸檬酸積累引起了眾多研究者的關(guān)注。另外，一些新的生物技術(shù)如基因組學(xué)技術(shù)的應(yīng)用也為黑曲霉檸檬酸代謝的深層研究提供了可能。綜述了黑曲霉檸檬酸代謝過程中己糖的輸送、糖酵解和能荷調(diào)節(jié)機(jī)制的研究進(jìn)展?！　￡P(guān)鍵詞：黑曲霉（Aspergillusniger）；檸檬酸積累；代謝機(jī)制　?。篢Q921+.1；TS261.1+2：A：0439-8114（

2、2013）07-1489-04　　檸檬酸（2-羥基-丙烷-1，2，3-三羧酸）最初被認(rèn)為是柑橘屬植物的一種組分，作為三羧酸循環(huán)（TCA）的中間產(chǎn)物被發(fā)現(xiàn)已經(jīng)近70年。檸檬酸結(jié)合低毒、可口性和美味于一體，已成為一種廣泛的食品添加劑。并且檸檬酸能夠螯合鐵、銅等重金屬離子，因此在金屬離子催化的氧化反應(yīng)過程中，對油、脂肪和抗壞血酸的穩(wěn)定性具有重要的作用，已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥和化妝品行業(yè)中[1]?！　∧壳埃瑱幟仕崛澜缦牧恳堰_(dá)120萬t，年產(chǎn)量達(dá)160萬t，市場貿(mào)易量為90萬t以上，且每年以7%的速度遞增。雖然檸檬酸有一小部分在酵母發(fā)酵中產(chǎn)生，但大多數(shù)發(fā)生在真菌黑曲霉（Aspergillusniger）

3、中。數(shù)十年來，黑曲霉積累檸檬酸的生化代謝機(jī)制引起了基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)研究者的廣泛關(guān)注，并開展了大量研究。本文結(jié)合近些年來黑曲霉合成檸檬酸代謝機(jī)制的研究進(jìn)展，對其進(jìn)行總結(jié)概括，以求更深入理解其內(nèi)在機(jī)理?！　?黑曲霉合成檸檬酸的途徑　　自1940年TCA學(xué)說建立以來，檸檬酸的發(fā)酵機(jī)理逐漸被人們所認(rèn)識。Cleland等[2]的研究表明檸檬酸的合成過程包括葡萄糖酵解的分解代謝。由于檸檬酸合成酶位于線粒體中，合成的草酰乙酸并不立即參與檸檬酸合成酶的反應(yīng)，而是首先被細(xì)胞質(zhì)中的蘋果酸脫氫酶催化形成蘋果酸，進(jìn)而通過蘋果酸-檸檬酸反向轉(zhuǎn)運進(jìn)線粒體（圖1）。由圖1可知，檸檬酸是整個TCA代謝過程中的中間產(chǎn)物。在檸

4、檬酸積累過程中，只有當(dāng)黑曲霉順烏頭酸酶和異檸檬酸脫氫酶活性很低，而檸檬酸合成酶活性很高時才有利于檸檬酸的大量積累。　　2黑曲霉合成檸檬酸的代謝調(diào)控　　2.1葡萄糖的吸收　　對于檸檬酸發(fā)酵，由于黑曲霉在以葡萄糖和果糖為碳源時能夠很好地生長，所以通常采用己糖為碳源。對于工業(yè)用蔗糖，一般采用在低pH條件下高溫滅菌或者利用細(xì)胞外的轉(zhuǎn)化酶水解為單糖。葡萄糖吸收主要依靠兩種親和性不同的運載體的被動擴(kuò)散作用。Vankuyk等[3]發(fā)現(xiàn)了一個由mstA編碼的高親和性的運載體，碳源濃度較低時該高親和性運載體就能夠生成，它能夠催化單糖/H+交換，其Km值為25±10μmol/L，試驗發(fā)現(xiàn)pH降低或者檸檬酸濃度升高

5、會影響該運載體的活性?！　∑咸烟沁_(dá)到15%（值為360μmol/L，遠(yuǎn)比高親和性運載體大。借助同源構(gòu)巢曲霉的基因分析發(fā)現(xiàn)，低親和力運載體可能有mstE基因編碼，mstE基因的表達(dá)隨葡萄糖濃度的升高而加強(qiáng)?！　⌒枰f明的是，這兩種運載體提供的是促進(jìn)擴(kuò)散而非主動運輸。促進(jìn)擴(kuò)散和主動運輸均與底物葡萄糖濃度呈非線性關(guān)系，但是簡單擴(kuò)散卻是線性關(guān)系。an等[4]的試驗發(fā)現(xiàn)葡萄糖的吸收率與葡萄糖濃度為簡單的線性關(guān)系而不是非線性模式。即使底物中檸檬酸的濃度很高，且這種高濃度的檸檬酸對運載體有抑制作用，但葡萄糖吸收的速率卻不受限制[5]?！　?.2糖酵解的調(diào)節(jié)　　發(fā)酵初期磷酸戊糖途徑占主要部分，黑曲霉生長期間幾

6、乎全部TCA酶的含量都很高，此時大量的葡萄糖被用于黑曲霉菌株的生長。24h后開始有檸檬酸生成，如圖1所示，在檸檬酸發(fā)酵初期，檸檬酸通過TCA循環(huán)轉(zhuǎn)換為α-酮戊二酸。NAD-和NADP-專一性異檸檬酸脫氫酶此時具有很高的活性。可以看出，檸檬酸積累的最初階段并沒有阻斷TCA循環(huán)。然而此時檸檬酸產(chǎn)量比理論值要高，這可能是氨基糖的瞬時積累及釋放所致[6]。在檸檬酸積累的誘導(dǎo)期間，延胡索酸和異檸檬酸減少，丙酮酸、草酰乙酸和檸檬酸增加。這種中間產(chǎn)物水平的短暫變化主要是因為α-酮戊二酸脫氫酶的減少，進(jìn)而導(dǎo)致琥珀酸、延胡索酸的水：檸檬酸是能量代謝的產(chǎn)物，只有在阻止正常代謝進(jìn)行的情況下檸檬酸才可能大量積累。20

7、世紀(jì)30年代人們已經(jīng)初步掌握了黑曲霉（Aspergillusniger）檸檬酸的發(fā)酵條件并進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)，然而對檸檬酸積累機(jī)理的研究還不是很透徹，黑曲霉檸檬酸積累引起了眾多研究者的關(guān)注。另外，一些新的生物技術(shù)如基因組學(xué)技術(shù)的應(yīng)用也為黑曲霉檸檬酸代謝的深層研究提供了可能。綜述了黑曲霉檸檬酸代謝過程中己糖的輸送、糖酵解和能荷調(diào)節(jié)機(jī)制的研究進(jìn)展?！　￡P(guān)鍵詞：黑曲霉（Aspergillusniger）；檸