對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期釀酒酵母胞內(nèi)代謝情況分析

曹鳳,任紅,2,3,4,5,黃桂東,2,3,4,5,祝智航,陳忻,鐘先鋒,2,3,4,5*

1(佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 食品科學(xué)與工程學(xué)院,廣東 佛山,528231)2(廣東省傳統(tǒng)發(fā)酵食品工程技術(shù)研究中心,廣東 佛山,528231) 3(廣東省食品流通安全控制工程技術(shù)研究中心,廣東 佛山,528231)4(佛山市釀造工程技術(shù)研究中心,廣東 佛山,528231) 5(佛山市農(nóng)業(yè)生物制造工程技術(shù)研究中心,廣東 佛山,528231)

釀酒酵母生物安全性高,是發(fā)酵產(chǎn)業(yè)中的重要微生物,其菌體及菌體代謝產(chǎn)物在多種行業(yè)得到廣泛應(yīng)用[1]。在釀酒工業(yè)中,釀酒酵母是乙醇發(fā)酵關(guān)鍵菌株,其生成的醇類、酸類、酯類、醛類等風(fēng)味化合物構(gòu)成了發(fā)酵酒的風(fēng)味品質(zhì);也是飼料生產(chǎn)中單細(xì)胞蛋白的主要來(lái)源,同時(shí)可增加飼料中核酸、維生素、多糖等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量[2]。現(xiàn)代醫(yī)藥上將釀酒酵母制成酵母片,用于提高新陳代謝機(jī)能,治療消化不良癥,還可作為一些微量元素的載體應(yīng)用于醫(yī)療保健行業(yè)。由于釀酒酵母具有清楚的遺傳背景和成熟的遺傳操作平臺(tái),在現(xiàn)代分子和細(xì)胞生物學(xué)中常用作真核模式生物,是微生物細(xì)胞工廠低成本發(fā)酵生產(chǎn)天然產(chǎn)物的優(yōu)良宿主,廣泛應(yīng)用于功能性營(yíng)養(yǎng)源和生物領(lǐng)域等方面[3]。

對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期釀酒酵母利用糖作為碳源,以最快的生長(zhǎng)速度和最短的分裂時(shí)間迅速繁殖[4]。此時(shí)期細(xì)胞代謝最旺盛,個(gè)體形態(tài)和生理特性相對(duì)穩(wěn)定[5],是了解酵母生長(zhǎng)情況、調(diào)控細(xì)胞發(fā)酵代謝的較好時(shí)間點(diǎn)。大量初級(jí)代謝產(chǎn)物在此時(shí)期合成,如糖、氨基酸、核苷酸等,乙醇等次級(jí)代謝產(chǎn)物此時(shí)也開(kāi)始合成,其中許多代謝產(chǎn)物在經(jīng)濟(jì)上十分重要。ZHOU等[6]利用構(gòu)建酵母工程菌株以全細(xì)胞生物生產(chǎn)蜜二糖。葉燕銳等[7]分析釀酒酵母對(duì)數(shù)生長(zhǎng)中、后期的全基因組表達(dá)譜,研究其發(fā)酵性能,旨在提高燃料酒精的生成量。

目前更多的研究集中于通過(guò)控制發(fā)酵環(huán)境、定向改造酵母菌株等手段改變一種或幾種代謝物的發(fā)酵情況,缺乏對(duì)釀酒酵母整體性代謝情況研究。因此,本研究以對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期釀酒酵母細(xì)胞為對(duì)象,采用LCMS/MS對(duì)代謝物進(jìn)行鑒定,通過(guò)KEGG(https:www.kegg.jpkeggpathway)注釋分析,獲得主要代謝途徑。了解經(jīng)過(guò)遲滯生長(zhǎng)期后對(duì)數(shù)生長(zhǎng)時(shí)釀酒酵母胞內(nèi)代謝物及代謝通路分布情況,豐富釀酒酵母生長(zhǎng)的典型階段,為定向改造釀酒酵母、提高發(fā)酵效率提供依據(jù)與方向。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 菌種與培養(yǎng)基

酵母菌株為全基因型野生釀酒酵母,于廣東省傳統(tǒng)發(fā)酵食品工程技術(shù)研究中心保藏;YPD液體培養(yǎng)基(g/L):葡萄糖20、蛋白胨20、酵母粉10,121 ℃高壓滅菌15 min,YPD固體培養(yǎng)基在液體培養(yǎng)基中加入20 g/L瓊脂粉即可。

1.1.2 主要試劑

丙三醇(分析純),天津市大茂化學(xué)試劑廠;乙腈(分析純),德國(guó)Merck公司;乙酸銨(生物試劑純度),美國(guó)Sigma公司;磷酸鹽緩沖液(分析純),默賽飛世爾科技公司。

1.2 儀器與設(shè)備

7200可見(jiàn)分光光度計(jì),上海尤尼柯公司;IS-RSV1液晶顯示振蕩器,上海美國(guó)精騏公司;磁PL系列力移液器,上海梅特勒-托利多公司;ALLEGRA-64R 臺(tái)式高速大容量離心機(jī),美國(guó)貝克曼公司;AB Triple TOF 6600質(zhì)譜儀,美國(guó)AB SCIEX公司;Agilent 1290 Infinity LC超高壓液相色譜儀,美國(guó)Agilent公司;Scientz-IID超聲波細(xì)胞粉碎機(jī),寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 菌株活化與培養(yǎng)

將保存的菌種接種于YPD固體培養(yǎng)基培養(yǎng),挑取單菌落到Y(jié)PD液體培養(yǎng)基培養(yǎng),至OD600nm值為1.0。將上述菌液以5%接種量接種至YPD液體培養(yǎng)基,30 ℃,培養(yǎng)24 h。

1.3.2 生長(zhǎng)曲線測(cè)定

從酵母菌接種后開(kāi)始,每隔2 h取適量菌懸液,測(cè)定OD600nm值。以各時(shí)間點(diǎn)菌懸液OD600nm值為縱坐標(biāo),培養(yǎng)時(shí)間為橫坐標(biāo),繪制酵母細(xì)胞生長(zhǎng)曲線。

1.3.3 胞內(nèi)代謝物制備

菌株接種后第4、6、8 h,釀酒酵母處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)中、中后、后期。故取發(fā)酵至4、6、8 h發(fā)酵液,8 000×g離心5 min。沉淀細(xì)胞用預(yù)冷的磷酸鹽緩沖鹽溶液(10 mmol/L,pH 7.4)清洗,4 ℃條件下,8 000×g離心5 min,反復(fù)清洗3次。

取上述清洗后的酵母菌體,加入預(yù)冷的V(甲醇)∶V(乙腈)∶V(水)=2∶2∶1溶液,渦旋混勻,超聲波細(xì)胞破碎儀充分裂解,在4 ℃條件下14 000×g離心20 min,收集上清液,冷凍干燥備用。分析時(shí)取樣品加入50%乙腈溶液復(fù)溶,0.22 μm膜過(guò)濾。

1.3.4 超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(ultra high performance liquid chromatography-tandem mass-spectrometry,UHPLC-MS/MS)分析

采用超高效液相色譜系統(tǒng)(1290 Infinity LC,Agilent)(色譜柱:ACQUITY UPLC BEH Amide 1.7 μm,2.1 mm×100 mm column)聯(lián)合四級(jí)桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜(AB Triple TOF 6600,Beckman)進(jìn)行分析。色譜條件:進(jìn)樣量2 μL,柱溫25 ℃。梯度洗脫程序如下:0～0.5 min,95% B;0.5～7 min,B從95%線性變化至65%;7～8 min,B從65%線性變化至40%;8～9 min,B維持在40%;9～9.1 min,B從40%線性變化至95%;9.1～12 min,B維持在95%。

質(zhì)譜條件:ESI源,離子源加熱溫度600 ℃,正負(fù)離子電壓±5 500 V,碰撞能量為(35±15) eV。采集正負(fù)離子2種掃描模式,一級(jí)質(zhì)譜掃描范圍:m/z60～1 000,掃描頻率:5 scan/s;二級(jí)質(zhì)譜掃描范圍:m/z25～1 000,掃描頻率:20 scan/s。

數(shù)據(jù)收集排除同位素設(shè)置為4 Da,每個(gè)周期要監(jiān)測(cè)的候選離子10個(gè)。

1.3.5 代謝物和代謝通路分析

采用XCMS軟件進(jìn)行峰對(duì)齊、保留時(shí)間校正和提取峰面積,基于上海中科新生命生物科技有限公司自建數(shù)據(jù)庫(kù),通過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)中代謝物的保留時(shí)間、分子質(zhì)量、二級(jí)碎裂譜圖、碰撞能等信息進(jìn)行匹配,對(duì)生物樣本中的代謝物進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定。通過(guò)KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)(https:www.kegg.jpkeggpathway)進(jìn)行代謝通路注釋,獲得代謝物參與的通路。

2 結(jié)果與分析

2.1 釀酒酵母生長(zhǎng)曲線

采用比濁法測(cè)定釀酒酵母生長(zhǎng)情況,繪制釀酒酵母生長(zhǎng)曲線如圖1所示,釀酒酵母遲滯生長(zhǎng)期為0～2 h,對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期為2～8 h,穩(wěn)定生長(zhǎng)期始于8 h。遲滯生長(zhǎng)期酵母細(xì)胞數(shù)量緩慢增加,酵母菌開(kāi)始調(diào)整體內(nèi)酶系統(tǒng),對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境較敏感,是酵母菌為適應(yīng)新環(huán)境而出現(xiàn)的代謝調(diào)整期。對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,酵母菌數(shù)量呈指數(shù)增長(zhǎng),研究表明,此時(shí)酵母菌經(jīng)遲滯期適應(yīng)了生長(zhǎng)環(huán)境,生物活性高,處于最適菌齡[8];穩(wěn)定生長(zhǎng)期,活菌數(shù)量達(dá)到最高水平且保持相對(duì)穩(wěn)定[9]。4、6、8 h分別為釀酒酵母對(duì)數(shù)生長(zhǎng)中、中后、后期,釀酒酵母代謝相對(duì)活躍,選擇此生長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)為取樣時(shí)間點(diǎn),對(duì)釀酒酵母代謝物及代謝途徑進(jìn)行分析,以了解其代謝情況。

2.2 對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期釀酒酵母胞內(nèi)代謝物分析

采用UHPLC-MS/MS技術(shù),共鑒定出927種對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期釀酒酵母胞內(nèi)代謝物。對(duì)獲得的代謝物進(jìn)行歸類如表1所示。對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期釀酒酵母胞內(nèi)代謝物歸為8類,其中含氮和含硫化合物數(shù)量最多,其他依次為有機(jī)酸及其衍生物、氨基酸及其衍生物、酯類物質(zhì)、糖類物質(zhì)、酮類和醛類物質(zhì)、醇類物質(zhì)、其他物質(zhì)(包括釀酒酵母生長(zhǎng)代謝過(guò)程中涉及的無(wú)機(jī)鹽等物質(zhì),其代謝物個(gè)數(shù)≤5種)。以各代謝物峰面積與總峰面積比值表示其相對(duì)含量,對(duì)八類代謝物相對(duì)含量進(jìn)行比較,較高的依次為含氮和含硫化合物、有機(jī)酸及其衍生物、酯類等。由表1可知,含氮和含硫化合物、醇類相對(duì)含量隨生長(zhǎng)時(shí)間的變化趨勢(shì)一致,在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)中期較高,中后期和后期基本一致,說(shuō)明這兩類物質(zhì)主要在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)中期生成,在中后期被分解利用,后期整體上趨于穩(wěn)定。有機(jī)酸及其衍生物相對(duì)含量先升高后略有降低,說(shuō)明對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期有機(jī)酸及其衍生物的積累在中后期達(dá)到最高。酯類相對(duì)含量在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)中、中后、后期逐漸升高,說(shuō)明酯類物質(zhì)的生成隨著生長(zhǎng)時(shí)間逐漸增加,其含量逐漸積累。對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期氨基酸及其衍生物、糖類、酮類和醛類、其他類物質(zhì)相對(duì)含量變化不明顯。

表1 對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期釀酒酵母代謝物類別數(shù)量和相對(duì)含量Table 1 Quantity and relative content of metabolite from Saccharomyces cerevisiae in logarithmic growth stage

對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期釀酒酵母胞內(nèi)主要代謝物(相對(duì)含量≥1%)如表2所示,這些代謝物對(duì)遺傳信息復(fù)制、抗逆性提高等方面具有一定作用。如中、后期主要代謝物L(fēng)-二氫乳清酸、中后期主要代謝物胞苷、鳥苷酸、次黃嘌呤、7-甲基尿酸,是釀酒酵母中的能量載體和酶輔因子,充當(dāng)遺傳信息傳遞者、磷酸基團(tuán)供體和信號(hào)介質(zhì)[10],支持細(xì)胞繁殖和生長(zhǎng)。L-古洛糖酸-γ-內(nèi)酯可刺激多肽合成,和焦谷氨酸-色氨酸等多肽均可增強(qiáng)釀酒酵母逆環(huán)境耐受性和抗應(yīng)激能力[11],提高細(xì)胞生長(zhǎng)率和存活率[12]。

這些代謝物在釀酒酵母細(xì)胞膜構(gòu)建、信號(hào)分子傳遞、滲透壓調(diào)節(jié)等方面也具有一定作用。γ-亞麻酸甲酯、二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid,DHA)屬于酯類和有機(jī)酸,它們是酵母細(xì)胞膜主要構(gòu)建成分,DHA還參與線粒體合成和穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié),對(duì)線粒體DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和穩(wěn)態(tài)維持發(fā)揮重要作用[13]。甘油-3-磷酰膽堿是乙酰膽堿生物合成前體,和白雀木醇均對(duì)細(xì)胞膜有一定生理作用。甘油-3-磷酰膽堿有助于細(xì)胞膜磷脂合成,增強(qiáng)細(xì)胞膜流動(dòng)性。乙酰膽堿是一種神經(jīng)遞質(zhì),具有調(diào)節(jié)細(xì)胞膜對(duì)離子通透性、提高信息傳遞速度等重要生理活性。白雀木醇可維持細(xì)胞滲透壓,還可促進(jìn)酵母細(xì)胞增殖和DNA合成[14]。哈爾滿堿、垂茄啶、甜菜堿屬于含氮化合物,是對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期釀酒酵母代謝物中主要的生物堿,哈爾滿堿、垂茄啶具有一定抑菌活性[15],甜菜堿可促進(jìn)酵母脂肪代謝,調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓,維持酶活力[16]。

硫胺素單磷酸酯是輔酶焦磷酸硫胺素(thiamine pyrophosphate,TPP)合成前體,TPP是維持丙酮酸、α-酮戊二酸和支鏈酮酸脫氫酶活性的必需輔因子[17],這些酶在三羧酸循環(huán)(tricarboxylic acid cycle,TCA)中具有重要功能。2-磷酸甘油酸是生物細(xì)胞中常見(jiàn)生化分子,糖解作用中生成高能磷酸分子磷酸烯醇式丙酮酸,是一種無(wú)氧狀態(tài)下的放能過(guò)程,最后生成丙酮酸進(jìn)入TCA。蜜二糖是食品、化妝品添加劑,可促進(jìn)雙歧桿菌、乳桿菌等腸道益生菌群增殖、緩解皮炎癥狀,本研究中蜜二糖相對(duì)含量較高,可進(jìn)一步考慮通過(guò)控制發(fā)酵環(huán)境、改造酵母等方法利用釀酒酵母生物合成蜜二糖。

2.3 對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期釀酒酵母胞內(nèi)代謝途徑分析

通過(guò)KEGG注釋分析,將檢測(cè)到的代謝物按代謝途徑進(jìn)行歸類。釀酒酵母對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期胞內(nèi)主要代謝途徑為核苷酸代謝、輔因子和維生素的代謝、碳水化合物代謝,如表3所示。此時(shí)期碳水化合物代謝、其他次生代謝物的生物合成、能量代謝、萜類化合物和聚酮化合物的生物合成、異生素生物降解途徑的相對(duì)含量基本保持不變。氨基酸代謝和脂質(zhì)代謝相對(duì)含量的變化表明對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期釀酒酵母的氨基酸代謝逐漸增強(qiáng),脂質(zhì)代謝在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)中后期最活躍。對(duì)數(shù)生長(zhǎng)中后、后期核苷酸代謝、輔因子和維生素的代謝途徑相對(duì)含量顯著降低,主要是由于嘧啶代謝途徑中L-二氫乳清酸(表2、表4)的相對(duì)含量降低,說(shuō)明中后、后期嘧啶代謝的活躍度降低,硫胺素代謝途徑中硫胺素單磷酸酯(表2、表4)的相對(duì)含量顯著降低,說(shuō)明硫胺素代謝主要發(fā)生在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)中期。

表2 對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期釀酒酵母主要代謝物Table 2 Main metabolites of Saccharomyces cerevisiae in logarithmic growth stage

表3 對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期釀酒酵母代謝途徑類別及其相對(duì)含量Table 3 Categories and relative content of metabolic pathway on Saccharomyces cerevisiae in logarithmic growth stage

對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期釀酒酵母主要代謝通路和及其主要代謝物(相對(duì)含量≥0.1%)如表4所示。共有5種代謝物參與嘧啶代謝,3種物質(zhì)參與嘌呤代謝,這些代謝途徑生成了重要的能源物質(zhì)和信使分子,以及活性基因載體,參與組成輔酶,在酵母細(xì)胞各種生理活動(dòng)如膜受體激素作用發(fā)揮、核苷酸合成中起重要作用。氨酰基tRNA合成是核糖體翻譯過(guò)程的必要生化反應(yīng),在酵母細(xì)胞蛋白質(zhì)合成中起至關(guān)重要的作用。甘油磷脂是對(duì)釀酒酵母生長(zhǎng)較重要的一類酯類,甘油磷脂代謝參與細(xì)胞膜對(duì)蛋白質(zhì)識(shí)別和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),參與酵母細(xì)胞膜和膜表面活性物質(zhì)構(gòu)成[18]。黃酮類化合物、抗壞血酸、谷胱甘肽都具有抗自由基和抗氧化作用。黃酮類化合物是多酚類次級(jí)代謝產(chǎn)物的總稱,具有潛在的抗菌、抗病毒、抗衰老等活性。抗壞血酸和醛酸鹽代謝、谷胱甘肽代謝主要在酵母細(xì)胞氧化還原代謝反應(yīng)中起調(diào)節(jié)作用,減少氧化損傷,與黃酮類合成代謝均可在一定程度上增加細(xì)胞耐受能力,延長(zhǎng)酵母細(xì)胞壽命。

氨基酸代謝途徑中,賴氨酸降解可以調(diào)節(jié)酵母代謝平衡,可為合成肉堿類化合物提供結(jié)構(gòu)組分。精氨酸和脯氨酸代謝可將谷氨酸、脯氨酸、聚胺等轉(zhuǎn)換為高能磷酸化合物肌酸磷酸,還可通過(guò)尿素循環(huán)解除氨中毒,避免酵母細(xì)胞由于氨過(guò)量造成的代謝紊亂[19]。支鏈氨基酸纈氨酸,亮氨酸和異亮氨酸的生物合成可作為生物體能源,促進(jìn)氮儲(chǔ)留,提高蛋白質(zhì)合成率。半乳糖代謝、淀粉和蔗糖代謝是釀酒酵母主要的碳水化合物代謝途徑,代謝過(guò)程中釋放大量能量,供酵母生命活動(dòng)使用,同時(shí)為合成脂類、蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子物質(zhì)提供原料[20]。

表4 對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期釀酒酵母主要代謝通路Table 4 Main metabolic pathways of Saccharomyces cerevisiae in logarithmic growth stage

對(duì)上述核苷酸代謝、碳水化合物物代謝、氨基酸代謝中的主要代謝途徑進(jìn)行分析,繪制核苷酸代謝途徑如圖2所示,碳水化合物與氨基酸代謝途徑如圖3所示。核苷酸是參與釀酒酵母生長(zhǎng)繁殖的一種極其重要的小分子化合物,是生命最基本物質(zhì)之一,它不僅可以作為DNA和RNA合成前體,而且在代謝中也扮演著重要角色,可作為生理、生化過(guò)程的調(diào)節(jié)物質(zhì)參與體內(nèi)物質(zhì)代謝。在釀酒酵母對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,核苷酸代謝主要為嘌呤代謝和嘧啶代謝,本研究中釀酒酵母參與此代謝途徑的代謝物個(gè)數(shù)為51。酵母細(xì)胞經(jīng)過(guò)遲滯期后,此時(shí)迅速蘇醒,核苷酸類物質(zhì)對(duì)外界環(huán)境應(yīng)激反應(yīng)迅速,為菌體分裂做準(zhǔn)備,在此階段遺傳物質(zhì)大量合成,核苷酸代謝途徑非常活躍,此結(jié)果與彭立新等[21]研究一致。

a-嘧啶代謝;b-嘌呤代謝圖2 釀酒酵母核苷酸代謝Fig.2 Nucleotide metabolism in Saccharomyces cerevisiae注:加框字體為檢測(cè)到的主要代謝物(相對(duì)含量≥0.1%)(下同)

碳水化合物代謝與氨基酸代謝之間有著密切的聯(lián)系,氨基酸在酵母菌中作為前體物質(zhì)參與細(xì)胞構(gòu)建,同時(shí)通過(guò)形成催化酶調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝,作為酶輔助因子和氮源廣泛參與酵母代謝過(guò)程[22]。釀酒酵母對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期氨基酸代謝中主要代謝途徑為賴氨酸降解,谷胱甘肽代謝,纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸生物合成以及降解。碳水化合物代謝中通量較高的途徑為淀粉和蔗糖代謝,半乳糖代謝。由圖3可知,6-磷酸葡萄糖、丙酮酸、2-酮戊二酸為釀酒酵母碳水化合物和氨基酸代謝關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。6-磷酸葡萄糖節(jié)點(diǎn)分支為糖酵解途徑(em- bden-meyerhof-parnas pathway,EMP)和戊糖磷酸途徑(hexose monophosphate pathway,HMP),EMP較活躍,其相對(duì)含量為0.14%。EMP代謝流進(jìn)入TCA途徑產(chǎn)生能量,HMP為核苷酸合成供應(yīng)還原力NADPH,研究表明,中斷HMP氧化途徑會(huì)導(dǎo)致核苷酸含量迅速下降[23]。丙酮酸節(jié)點(diǎn)分支有亮氨酸和異亮氨酸代謝等,其主要進(jìn)入TCA以產(chǎn)生氨基酸,進(jìn)一步合成蛋白質(zhì)。TCA中2-酮戊二酸是一個(gè)重要節(jié)點(diǎn),圖3中分別流向谷氨酸和琥珀酸,與琥珀酸相比,谷氨酸代謝流較為活躍,較多氨基酸生成處于此分支,同時(shí)谷氨酰胺是核苷酸生物合成前體物質(zhì),可進(jìn)一步促進(jìn)核苷酸生成。本研究中碳水化合物和氨基酸代謝中關(guān)鍵代謝節(jié)點(diǎn)與張凱麗[24]研究中核苷酸代謝關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)一致,推測(cè)在釀酒酵母對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,酵母菌碳水化合物和氨基酸代謝流分布也是為了更好地促進(jìn)核苷酸代謝,以支持酵母細(xì)胞快速增長(zhǎng)繁殖。

圖3 釀酒酵母碳水化合物和氨基酸代謝Fig.3 Carbohydrate and amino acid metabolism of Saccharomyces cerevisiae

3 結(jié)論

本文研究了釀酒酵母對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期代謝情況,經(jīng)鑒定,得到927種代謝物,分為8類,其中代謝物數(shù)量較多的為含氮和含硫化合物、有機(jī)酸及其衍生物、氨基酸及其衍生物等;相對(duì)含量較高的為含氮和含硫化合物、有機(jī)酸及其衍生物、酯類等。代謝物主要與酵母遺傳信息復(fù)制、細(xì)胞膜構(gòu)建、信號(hào)分子傳遞、滲透壓調(diào)節(jié)、抗逆性提高等相關(guān)。涉及的代謝途徑主要有核苷酸代謝、輔因子和維生素代謝、碳水化合物代謝及氨基酸代謝。核苷酸代謝中嘌呤代謝與嘧啶代謝途徑相對(duì)含量最高,說(shuō)明對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期釀酒酵母主要進(jìn)行與生長(zhǎng)繁殖密切相關(guān)的代謝,為后續(xù)蛋白質(zhì)生物合成做準(zhǔn)備。同時(shí)碳水化合物和氨基酸代謝流分布可更好地支持嘌呤與嘧啶代謝,幫助酵母增殖、生長(zhǎng)和存活。