基于代谢流量分布信息理解大肠杆菌中异柠檬酸裂解酶调节因子的代谢调控作用.pdfVIP

柳志杰 等/基于代谢流量分布信息理解大肠杆菌中异柠檬酸裂解酶调节因子的代谢调控作用 565 生 物 工 程 学 报 Chinese Journal of Biotechnology May 25, 2012, 28(5): 565−576 /cjbcn ©2012 Chin J Biotech, All rights reserved 工业生物技术 柳志杰，周利，花强 华东理工大学 生物反应器工程国家重点实验室，上海 200237 柳志杰, 周利, 花强. 基于代谢流量分布信息理解大肠杆菌中异柠檬酸裂解酶调节因子的代谢调控作用. 生物工程学 报, 2012, 28(5): 565−576. Liu ZJ, Zhou L, Hua Q. Metabolic regulation of isocitrate lyase regulator in Escherichia coli based on metabolic flux information. Chin J Biotech, 2012, 28(5): 565−576. 摘 要: 基因的表达受不同的转录调节因子调节。大肠杆菌中的异柠檬酸裂解酶调节因子 (IclR) 能够抑制编 码乙醛酸支路酶的 aceBAK 操纵子的表达。本研究基于代谢物的 13C 同位体物质分布来定量解析代谢反应，主 要研究了 iclR 基因在大肠杆菌生理和代谢中的作用。大肠杆菌 iclR 基因缺失突变株的生长速率、糖耗速率和 乙酸的产量相对于原始菌株都有所降低，但菌体得率略有增加。通过代谢途径的流量比率分析发现基因缺失株 的乙醛酸支路得到了激活，33 ％的异柠檬酸流经了乙醛酸支路；戊糖磷酸途径的流量变小，使得 CO2 的生成 量减少。同时，乙醛酸支路激活，但草酰乙酸形成磷酸烯醇式丙酮酸的流量基本不变，说明磷酸烯醇式丙酮酸 - 乙醛酸循环没有激活，没有过多的碳原子在磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶反应中以 CO2 形式排出，从而确保了 菌体得率。葡萄糖利用速率的降低、乙酰辅酶 A 的代谢效率提高等使得 iclR 基因敲除菌的乙酸分泌较原始菌 株有所降低。 关键词: 代谢流量分析，代谢流比率，异柠檬酸裂解酶调节因子，大肠杆菌 Received: September 16, 2011; Accepted: November 28, 2011 Supported by: Shanghai Pujiang Program (No. 08PJ14038), National Special Fund for State Key Laboratory of Bioreactor Engineering (No. 2060204), SRF for ROCS, SEM, Shanghai Leading Academic Discipline Project (No. B505). Corresponding author: Qiang Hua. Tel/Fax: +86-21 E-mail: qhua@ 上海市浦江人才计划 (No. 08PJ14038) ，国家重点实验室专项经费 (No. 2060204) ，教育部留学回国人员科研启动基金，上海市重 点学科建设项目 (No. B505) 资助。 566 ISSN 1000-3061 CN 11-1998/Q Chin J Biotech May 25, 2012 Vol.28 No.5 Metabolic regulation of isocitrate lyase regulator in Escherichia coli based on metabolic flux information Zhijie Liu, Li Zhou, and Qiang Hua Sta