合成生物催化剂工程摘译自:https://www.pnas.org/content/118/51/e2112836118

 

Crabtree效应,是酵母使用有氧发酵而不是更有效的呼吸来产生能量的看似浪费的策略,这允许细胞在高葡萄糖下快速生长。并非所有酵母都表现出Crabtree效应,并且不清楚为什么Crabtree阴性酵母能以与Crabtree阳性酵母相当的速度生长。

来自瑞典查尔姆斯理工大学的Nielsen实验室近期在PNAS发表题为“Adaptations in metabolism and protein translation give rise to the Crabtree effect in yeast”的研究论文。作者定量比较了两种Crabtree阳性酵母(酿酒酵母和裂殖酵母)和两种Crabtree阴性酵母(马克斯克鲁维酵母和树干毕赤酵母),在生物反应器中添加过量葡萄糖培养下的代谢和蛋白质组学适应性。作者首先比较了两组酵母在生理和代谢上的差异。阳性酵母表现高葡萄糖摄取速率和糖酵解通量,伴随副产物乙醇的生成和较低的生物质得率(~0.1)以及高呼吸商(~9);而阴性酵母的磷酸戊糖途径、三羧酸循环和呼吸链通量高,伴随较高的生物质得率(~0.5)和低呼吸商(~1)。这也反映在蛋白质分布匹配代谢通量上,Crabtree阳性酵母中糖酵解蛋白水平较高,而Crabtree阴性酵母中三羧酸循环、电子传递链和ATP合酶的蛋白质水平较高。作者进一步从基因组进化结合蛋白质翻译效率发现,Crabtree阳性酵母因基因组倍增导致大量重复的基因,这些基因进化成同源蛋白,如酿酒酵母中78个核糖体蛋白亚基中有59个具有旁系同源物,这使得核糖体变得更加专业化(例如,翻译不同的蛋白质亚群)。而专业化也伴随着较慢的蛋白质翻译,作者发现阳性酵母细胞质核糖体低效、线粒体核糖体达表达水平低和线粒体核糖体低效,可能是制约Crabtree阳性酵母快速生长的主要因素。

从这篇文章可知这两组酵母在生理和代谢上的差异,本质上是能量代谢和翻译效率的差异。Crabtree阳性酵母使用中央碳代谢通量和蛋白质组分配有利于葡萄糖利用策略,从而最大限度地降低蛋白质组成本。然而,Crabtree阴性酵母使用最大化ATP产量的策略,伴随着更高的蛋白质翻译效率。总之,这篇文章有利于深入理解Crabtree效应的本质。

 

(朱丽 摘译)


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