研究人員發(fā)現(xiàn)增強微生物呼吸作用能產(chǎn)生更多能量

細胞如何產(chǎn)生并利用能量？這個問題看似簡單，但答案卻并非如此。此外，了解微生物細胞工廠如何消耗能量以及分配蛋白質(zhì)，這在工業(yè)發(fā)酵過程中至關(guān)重要。

近日，發(fā)表在美國國家科學院院刊（PNAS）上的一項研究表明，通過優(yōu)化發(fā)酵條件，可以引起大腸桿菌和面包酵母從發(fā)酵到呼吸的代謝轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變可以推動細胞產(chǎn)生更多的內(nèi)部能量（ATP）。

該研究通訊作者、瑞典查爾莫斯理工大學教授、丹麥技術(shù)大學諾和諾德生物可持續(xù)性基金會的科研主任Jens Nielsen說：“這一信息可以用于設(shè)計改進的新型細胞工廠。”

細胞不斷從葡萄糖中產(chǎn)生一種被稱為ATP的高能分子。ATP被細胞內(nèi)的酶消耗掉，酶利用這種能量構(gòu)造生物質(zhì)或者完成其他細胞工作。在其他因素相同的情況下，可用的ATP越多，微生物在發(fā)酵過程中就表現(xiàn)得越好。

研究人員通過一種計算方法發(fā)現(xiàn)ATP可以通過兩種途徑產(chǎn)生：高產(chǎn)量呼吸途徑（每個葡萄糖分子產(chǎn)生23.5個ATP）和低產(chǎn)量發(fā)酵途徑（每個葡萄糖分子產(chǎn)生11個ATP）。

這兩種途徑相互補充，但是研究人員發(fā)現(xiàn)，改變發(fā)酵環(huán)境以及糖和蛋白質(zhì)的數(shù)量，可以改變這兩者之間自然的平衡。此外，他們還證實，在相同的速率下，高產(chǎn)量途徑比低產(chǎn)量途徑需要更多的蛋白質(zhì)。

他們還發(fā)現(xiàn)，通過一些手段，提高一些關(guān)鍵酶的活性，能使細胞產(chǎn)生從低產(chǎn)量的發(fā)酵到高產(chǎn)量呼吸的代謝轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變既能夠產(chǎn)生更多的細胞內(nèi)ATP，也避免了發(fā)酵副產(chǎn)物的積累，比如大腸桿菌內(nèi)的乙酸鹽和面包酵母中的乙醇。

此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，表現(xiàn)**的細胞實際上同時使用了兩種途徑，不僅僅是高產(chǎn)的途徑，而且更多的蛋白質(zhì)意味著在特定途徑中效率更高。