当前位置:主页 > 理工论文 > 生物学论文 >

蛋白乙酰化对酿酒酵母碳代谢的影响初探

发布时间:2020-05-03 12:18
【摘要】:糖(碳源)代谢过程是生物体最重要的代谢过程,其往往受到严格的信号调控。当其代谢过程出现紊乱时,往往导致细胞不同程度的病变、死亡。酿酒酵母是研究较为深入的真核模式生物,具有食品级安全、代谢旺盛等特点,非常适合作为多种发酵产品生产的细胞工厂,深入研究其代谢调控机制将有助于开发新的构建策略,促进其在代谢工程、合成生物学领域的应用。酿酒酵母糖代谢和大部分真核生物一样,主要包括糖酵解途径、磷酸戊糖途径、TCA循环、乙醛酸循环和糖异生途径等;另一方面,其代谢又具有典型的特点。当生长环境中存在丰富发酵性碳源(最典型的:葡萄糖)的条件下,无论供氧充足与否,酿酒酵母细胞都处于强酵解状态,只有少量丙酮酸进入TCA循环进行呼吸代谢,而大部分生成乙醇。当葡萄糖耗尽,酵母通过级联的信号途径做出响应,从转录、翻译、翻译后蛋白质修饰等各个层面调节各大代谢途径中基因的表达和蛋白活性,从而精确调控代谢网络转为呼吸代谢模式,利用发酵葡萄糖时积累的非发酵性碳源——乙醇进行二次生长。这种碳源切换引起的蛋白表达修饰和生理代谢变化过程涉及生命活动最基本的对环境营养的响应和对自身代谢的调控,而被科学家们长期关注。目前对这些过程涉及的信号系统以及调节机制主要包括对细胞整体代谢酶的转录调控和蛋白磷酸化修饰以及相关的调控通路和反馈回路,仍然处于有限认知的水平。赖氨酸乙酰化是细胞内一种重要的翻译后修饰过程。多年来,相关研究主要集中在组蛋白乙酰化修饰对基因转录水平的调节、DNA的复制和修复等,关注的是主要是其表观遗传学意义,也有少部分工作涉及到了代谢等生理特征等表型现象。另一方面,最近的研究发现,除组蛋白外,大量代谢酶蛋白也存在乙酰化位点。基于此,本论文从代谢酶在不同碳源条件下的乙酰化差异和扰动乙酰化和脱乙酰化过程对碳代谢的影响两个角度,初探在调控水平乙酰化对酿酒酵母碳代谢的影响。本论文第一部分工作首先利用高分辨质谱解析发酵性碳源葡萄糖以及非发酵性碳源乙醇这两种碳源条件下酿酒酵母乙酰化组的差异。结果显示,在乙醇条件下,糖酵解途径、戊糖磷酸途径、核糖体蛋白的乙酰化水平多呈现下调趋势:三羧酸循环中蛋白乙酰化水平呈现上调趋势。之后,选择在不同碳源条件下存在乙酰化差异的代谢途径蛋白和糖信号途径蛋白,利用点突变技术,将乙酰化位点处赖氨酸突变为精氨酸,使该乙酰化位点成为组成型非乙酰化状态。继而,通过生化水平的酶学测定,研究具体的乙酰化修饰位点对蛋白活性的影响。结果显示,分别与对照相比,丙酮酸激酶(编码基因PYK1)、苹果酸脱氢酶(编码基因MDH1)、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(编码基因ZWF1)乙酰化位点突变菌株比酶活分别提高了25.6%、41.4%、27.3%;而果糖1,6-二磷酸醛缩酶(编码基因FBA1)乙酰化位点突变菌株比酶活降低了 19.9%。上述代谢酶单个酶活性水平的变化不影响菌株的发酵特征。但是,乙醇脱氢酶(编码基因ADH1)乙酰化位点突变后,菌株发酵葡萄糖时菌体得率明显降低,而乙醇得率增加,乙酸明显积累。这些结果表明,酿酒酵母中,乙酰化会影响代谢酶活性,某些酶如Adh1突变子能够显著影响代谢。多个酶蛋白乙酰化差异带来的整体调控效应还有待进一步论证。课题第二部分通过敲除乙酰化酶或去乙酰化酶的催化亚基或重要组成亚基,人为扰动乙酰化过程并研究了这些扰动对菌株代谢特征的影响。结果显示,敲除GCN5、ADA2对菌体得率没有影响,对葡萄糖利用没有促进作用,乙醇得率略有增加;敲除NAT3降低了菌体得率,对葡萄糖利用没有促进作用,乙醇得率略有增加;敲除HOS2、HST2、SET3、RCO1、SDS3、RPD3没有对葡萄糖的利用和乙醇产生没有明显影响。敲除ARD1、SAS3加快了发酵代谢阶段葡萄糖的利用,降低菌体得率,增加乙醇得率;敲除HAT1(目前酵母中唯一已知的细胞质乙酰基转移酶)能够加快呼吸代谢阶段乙醇的利用。这些结果表明,乙酰化参与酿酒酵母的细胞代谢调控,但具体机制还有待进一步研究。现有的代谢组、转录组、蛋白组、磷酸化组等研究对酿酒酵母碳代谢的揭示已经相对比较深入,但有关代谢的调节机制仍有很多未知。近年来,有观点认为乙酰化调节细胞生理代谢具有从细菌到人类的保守性。本论文的研究是有关蛋白乙酰化调节代谢研究的有益补充,具有揭示生物界代谢机制和支持进化观点的广泛意义。
【图文】:

模型图,调节网络,调节因子,碳源


逦山东大学硕士学位论文发酵性碳源时(图M),低葡萄糖水平激活Snfl激酶,导致转录的磷酸化和失活,允许基因表达。Cat8,邋Sip4和Rds2也是Snfl和Gsm](可能)是似的激活剂,其基因产物是参与Cat8和合物的一部分。CdrS的表达可能是自动调节的。CatS和可能性Sip4的正调节剂。Cat8,邋Sip4,邋Rds2,邋Ertl和Gsm丨都是编码关键糖的转录激活因子。CHIP分析表明,Rds2结合到OP/i基因,其谢的GLT/和GLT2表达的阻遏物(Turcotte邋et邋aL邋2010)。这些调交叠..,形成复杂、精确的调控回路(Broach,邋2012;邋Femandez-GarKuttykrishnan邋et邋al.,2010)。逡逑Snf1逡逑kinase邋active

乙酰化,翻译后修饰,代谢酶,糖酵解


人类癌细胞系中鉴定出惊人的1.750种乙酰化蛋白质(Choudhary邋et邋aL邋2009)。乙逡逑酰化蛋白质在小鼠和人肝脏中高度保守(Zhao邋et邋aL邋2010).但在肝脏和白血病细逡逑胞之间有很大不同(图1-3)。几乎所有参与糖酵解,TCA循环,尿素循环,脂逡逑肪酸l#化和氮代谢的酶都可能被乙酰化。代谢酶的活性受二个主要水平控制:酶逡逑的量,催化活性和底物的可接近性。可逆赖氨酸乙酰化作为代谢中的主耍调节机逡逑制出现,其涉及控制代谢酶的所有F个水平并乜在人类疾病中经常改变。因此,,逡逑无论在修饰的底物数量上看,还足从其促进的各种调节机制上C%乙酰化与细胞逡逑调节中的其他常见翻译后修饰…样重要(Xiong邋&邋Guan.邋2012)。逡逑癌细胞通过调节代谢酶的转录或翻译后修饰(PTM)来实现代谢重编程逡逑(VanderHeidenetal..邋2009),例如,丙酮酸激酶(PK)催化糖酵解的最后一步,逡逑6逡逑
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:Q936

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;金属阳离子对酿酒酵母J-31发酵影响研究[J];中外酒业·啤酒科技;2017年13期

2 ;中国科学家人工合成4条酵母染色体[J];生物学教学;2017年08期

3 栾晓东;;由酿酒酵母开启的重塑生命计划[J];科学大众(中学生);2017年05期

4 陈芳;董瑞丰;;中国“编写生命密码”将如何改变未来?[J];创新时代;2017年05期

5 K.Kavanagh,汪开治;酿酒酵母与疾病[J];生物技术通报;2001年03期

6 陈奇;;用解淀粉酵母和酿酒酵母的互补混合物进行淀粉酒精发酵[J];微生物学杂志;1988年01期

7 李京培;;用酿酒酵母表达的抗原制备HBsAg多肽微胶粒[J];国外医学.预防.诊断.治疗用生物制品分册;1988年01期

8 娄竞;;酿酒酵母高密度发酵产生IFN-γ的调控表达及纯化[J];国外医学.预防.诊断.治疗用生物制品分册;1988年05期

9 毛小洪;蔡金科;;用重组DNA方法构建分解淀粉酿酒酵母的新进展[J];生物工程学报;1989年03期

10 杨艳卿;刘玉方;郭子剑;蔡金科;;酿酒酵母磷酸甘油酸激酶基因(PGK1)的分子克隆和特性研究[J];生物工程学报;1989年04期

相关会议论文 前10条

1 周峻岗;祁庆生;王鹏;;酿酒酵母糖基化过程基因工程改造[A];中国资源生物技术与糖工程学术研讨会论文集[C];2005年

2 曹丹燕;刘欣;许琳;严明;;酿酒酵母醛糖还原酶的表达条件优化及纯化[A];第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2006年

3 张梁;石贵阳;王正祥;章克昌;;具有纤维二糖代谢途径的重组酿酒酵母的构建[A];中国资源生物技术与糖工程学术研讨会论文集[C];2005年

4 陈晓峰;江贤章;吴松刚;黄建忠;;脂肪酸碳链延长酶与脱饱和酶在酿酒酵母中共表达[A];华东六省一市生物化学与分子生物学会2010年学术交流会论文集[C];2010年

5 赵广厚;林逸骢;戴俊彪;;酿酒酵母rDNA区的合成与功能研究[A];第九届中国模式真菌研讨会摘要集[C];2016年

6 王春晓;Braulio Esteve-Zarzoso;Luca Cocolin;Albert Mas;Kalliopi Rantsiou;;酒精发酵过程中非酿酒酵母的生存能力检测[A];中国生物工程学会第二届青年科技论坛暨首届青年工作委员会学术年会摘要集[C];2017年

7 杨浣漪;张国华;何国庆;;酿酒酵母和旧金山乳杆菌在酸面团发酵过程中的互作研究[A];益生菌:技术及产业化——第十三届益生菌与健康国际研讨会摘要集[C];2018年

8 陆勇军;;以酿酒酵母为模型研究天然产物和细菌效应蛋白的功能[A];第九届中国模式真菌研讨会摘要集[C];2016年

9 谢能中;王青艳;朱绮霞;秦艳;曹薇;;基于代谢工程理论构建酿酒酵母抗逆高产乙醇菌株[A];第九届中国酶工程学术研讨会论文摘要集[C];2013年

10 龚婷;何飞;廖媛;高向东;;酿酒酵母Rho4 GTP酶调控机制的研究[A];2012年第五届全国微生物遗传学学术研讨会论文摘要集[C];2012年

相关重要报纸文章 前6条

1 通讯员 李春园 李冰淞 李天一 秦琴 张维民;清华生命学院戴俊彪研究组发文报道酿酒酵母十二号染色体的设计合成[N];新清华;2017年

2 ;首份完整线粒体蛋白质图绘成[N];科技日报;2017年

3 本报记者 黄海华;有的时候,需要把自己置之死地[N];解放日报;2018年

4 秦迪 烟台张裕葡萄酿酒股份有限公司;关于非酿酒酵母在葡萄酒中的研究[N];华夏酒报;2015年

5 治;酿酒酵母部分蛋白组图谱公布[N];医药经济报;2002年

6 于佳淼 李成群;安琪超级酿酒酵母及其应用技术[N];中国食品质量报;2005年

相关博士学位论文 前10条

1 张伟平;酿酒酵母氮代谢物阻遏效应系统生物学解析和全局调控[D];江南大学;2018年

2 熊春江;木聚糖乙醇代谢工程酿酒酵母菌的构建[D];暨南大学;2015年

3 程诚;改造酿酒酵母内源基因表达提高木糖利用和乙酸胁迫耐受性[D];大连理工大学;2018年

4 张明明;乙酸胁迫耐性基因挖掘及高活性酿酒酵母构建[D];大连理工大学;2017年

5 谢泽雄;酿酒酵母V号染色体设计与构建[D];天津大学;2017年

6 杨浣漪;传统酸面团中酿酒酵母和旧金山乳杆菌的种内多样性及其互作研究[D];浙江大学;2018年

7 刘增然;利用淀粉的酿酒酵母工程菌的构建[D];四川大学;2004年

8 金承涛;Al~(3+)、高温对酿酒酵母的胁迫作用及其耐性机制研究[D];浙江大学;2005年

9 刘延琳;酒酒球菌mleA和mleP基因的克隆及其在酿酒酵母中的转化与表达[D];西北农林科技大学;2004年

10 李晓伟;工程乙酰辅酶A通路构建酿酒酵母高效合成平台[D];武汉大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 阮泽华;中国对南太平岛国经济援助研究[D];上海师范大学;2019年

2 荆雄;柿子酒酿造条件优化及其非酿酒酵母的应用[D];陕西科技大学;2019年

3 刘亚楠;蛋白乙酰化对酿酒酵母碳代谢的影响初探[D];山东大学;2019年

4 阿曼妮萨·艾海提;新疆葡萄与葡萄酒酿酒酵母遗传多样性研究[D];塔里木大学;2019年

5 王东艳;黔产辣蓼、夜关门微量元素含量分析及夜关门对酿酒酵母的影响研究[D];贵州医科大学;2019年

6 乔慧聪;Elp3经Yap1参与酿酒酵母氧化应激的分子机制研究[D];河南师范大学;2018年

7 陈靓;酿酒酵母中利用Rev-RRE元件跨核膜运输T7转录产物的初步研究[D];北京化工大学;2018年

8 郝欢欢;延长酿酒酵母寿命的研究[D];河北大学;2018年

9 贾海燕;提高酿酒酵母CRISPR系统编辑效率的探究[D];河北大学;2018年

10 李莎莎;酿酒酵母对糠醛耐受性的数量性状定位[D];江南大学;2018年



本文编号:2647513

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/projectlw/swxlw/2647513.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户c41fa***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com