【概述】[1] [2]

乙酰輔酶A是工業(yè)生產(chǎn)上合成膽固醇、 酮體和脂質(zhì)等許多重要產(chǎn)品的前體物。 在釀酒酵母中，不同的細(xì)胞區(qū)隔，如線粒體、 胞液和過氧化物酶體中均能產(chǎn)生。 在胞液中，丙酮酸經(jīng)過丙酮酸脫羧酶、 乙醛脫氫酶、 乙酰輔酶A合成酶的催化作用形成。 乙酰輔酶A合成酶（ acetyl coenzyme A synthetase，ACS）基因由ACS1和ACS2兩個基因編碼[4]。乙酰輔酶A水解酶（ acetyl coenzyme A hydrolase，ACH）由ACH1基因編碼，催化其水解為乙酸和輔酶A，可參與細(xì)胞內(nèi)調(diào)節(jié)。

乙酰輔酶 A 是釀酒酵母代謝網(wǎng)絡(luò)中最重要的代謝中間體，參與細(xì)胞質(zhì)、線粒體、過氧化物酶體和細(xì)胞核 4 個不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)域的代謝過程 （見圖 1） 。乙酰輔酶 A 為脂肪酸合成的底物，同時也是脂肪酸降解的產(chǎn)物。此外，乙酰輔酶 A 為蛋白質(zhì)乙?；那绑w，對酶功能的調(diào)節(jié)和 DNA 轉(zhuǎn)錄有重要作用。

合成脂肪酸的步反應(yīng)是乙酰輔酶 A 在乙酰輔酶 A 羧化酶 （ACC） 的催化下生成丙二酰輔酶 A，這一步是脂肪酸合成的限速步驟。釀酒酵母存在兩個 ACC，定位于細(xì)胞質(zhì)的由 ACC1 編碼，定位于線粒體的由 HFA1 編碼[17]。釀酒酵母合成甾醇的步反應(yīng)是乙酰乙酰輔酶 A 硫解酶（ERG10）催化兩分子乙酰輔酶 A 生成一分子乙酰乙酰輔酶 A，經(jīng) MVA 途徑生成鯊烯，鯊烯在一系列酶的催化下合成甾醇（見圖 1） 。乙酰輔酶 A 可為蛋白質(zhì)乙?；峁┮阴；w。翻譯后蛋白的 α 或 ε-氨基酸的乙?；揎検窃撕驼婧松锏闹匾{(diào)控方式之一。釀酒酵母主要對各種組蛋白 N-端的賴氨酸殘基進(jìn)行乙?；揎椈蛉ヒ阴；泻突蛟黾咏M蛋白的正電荷，使組蛋白與 DNA 分離或結(jié)合， 從而調(diào)控 DNA 的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄等。 組蛋白乙?；婕暗囊阴］o酶 A 量級較小，對其代謝流的影響不大。

與其他真核生物類似，釀酒酵母乙酰輔酶 A 代謝高度區(qū)域化，無法自由穿梭于不同的細(xì)胞器。真核生物中，3 種運(yùn)輸系統(tǒng)具有運(yùn)輸乙酰輔酶 A 的能力，分別為如下。①肉毒堿穿梭系統(tǒng)，胞質(zhì)或過氧化物酶體的乙酰輔酶 A 被催化為乙酰肉毒堿，然后被轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入線粒體。然而，酵母并不能從頭合成肉毒堿，因此，只有在外源補(bǔ)加肉毒堿的情況下，該系統(tǒng)才會發(fā)揮作用。②乙醛酸支路系統(tǒng)，參與乙醛酸循環(huán)的蘋果酸合酶將胞質(zhì)乙酰輔酶 A 與乙醛酸催化為蘋果酸，蘋果酸脫氫再生為草酰乙酸，再與乙酰輔酶 A 生成檸檬酸，構(gòu)成一個循環(huán)。③檸檬酸裂解酶系統(tǒng)，在細(xì)胞質(zhì)中將檸檬酸催化為乙酰輔酶 A。種通過肉毒堿穿梭， 后兩種通過可自由通過細(xì)胞器膜的檸檬酸穿梭，釀酒酵母存在前兩種運(yùn)輸系統(tǒng)，目前還未從釀酒酵母中鑒定到 ACL 編碼基因。

【制備方法】[2]

釀酒酵母主要通過兩個代謝途徑產(chǎn)生乙酰輔酶 A。①糖酵解產(chǎn)生并進(jìn)入線粒體部分的丙酮酸經(jīng)丙酮酸脫氫酶復(fù)合體 （PDH） 催化生成乙酰輔酶 A（圖 1） 。PDH 是釀酒酵母最復(fù)雜的蛋白復(fù)合體之一，由丙酮酸脫氫酶（E1） 、二氫硫辛酰胺乙酰轉(zhuǎn)移酶（E2） 、二氫硫辛酰胺脫氫酶（E3）和 6 種輔因子[二磷酸硫胺（TPP） 、lipoic acid、黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD） 、CoA、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）和 Mg2+]構(gòu)成，PDH 不可逆地催化丙酮酸生成乙酰輔酶 A，釀酒酵母可從轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平對 PDH 復(fù)合體進(jìn)行調(diào)控。乙酰輔酶 A 和草酰乙酸在檸檬酸合酶的催化下生成檸檬酸由此開始TCA 循環(huán)。 ②保留在細(xì)胞質(zhì)的丙酮酸在丙酮酸脫羧酶的作用下轉(zhuǎn)化為乙醛， 乙醛在乙醛脫氫酶 （ALD）的作用下生成乙酸， 乙酸和輔酶 A 在乙酰輔酶 A合酶（ACS）的催化下生成乙酰輔酶 A。釀酒酵母存在兩個 ACS 編碼基因， ACS1 和 ACS2， ACS1的表達(dá)受葡萄糖抑制，ACS2 為組成型表達(dá)，不受葡萄糖抑制。細(xì)胞質(zhì)中由丙酮酸合成乙酰輔酶 A 的途徑也稱為丙酮酸脫氫酶支路。1 分子葡萄糖通過丙酮酸脫氫酶支路合成 2 分子乙酰輔酶A，凈消耗 2 分子三磷酸腺苷（ATP） 。此外，脂肪酸 β-氧化也可生成乙酰輔酶 A。

【應(yīng)用及發(fā)展前景】[1]

乙酸乙酯是清香型白酒的主體香，一直備受關(guān)注。通過基因工程手段提高釀酒酵母分泌乙酰輔酶A的能力，從而提高乙酸乙酯生成量。通過ACH1基因缺失的α5ΔACH1菌株表達(dá)發(fā)現(xiàn)，乙酰輔酶A含量較親本菌株α5稍有提高，但對提高乙酸乙酯生成量的效果并不明顯，分析原因可能是ACH1基因定位于線粒體中，其增加的是線粒體中乙酰輔酶A的含量，線粒體中的乙酰輔酶A無法流向乙酸乙酯的合成。在ACH1基因缺失的基礎(chǔ)上，過表達(dá)ACS1和ACS2基因得到工程菌株α5-A1和α5-A2，乙酸乙酯生成量分別比親本菌株α5提高26.12%和23.70%；乙酰輔酶A含量分別比α5ΔACH1提高了80.33%和52.79%；結(jié)果表明，過表達(dá)ACS1和ACS2基因均能提高乙酰輔酶A含量和乙酸乙酯生成量，且乙酸乙酯生成量和胞內(nèi)乙酰輔酶A的增加量呈正相關(guān)。在過表達(dá)ACS1和ACS2基因的基礎(chǔ)上，過表達(dá)醇乙?；D(zhuǎn)移酶ATF1基因得到工程菌株A1-ATF1和A2-ATF1，乙酸乙酯含量分別為72.52 mg/L和44.80 mg/L，分別是單獨(dú)過表達(dá)ATF1基因a5-ATF1的204.14%和125.67%，且ΔA-ATF1比α5-ATF1產(chǎn)乙酸乙酯顯著增加，結(jié)果表明，在底物乙酰輔酶A充足的條件下，提高醇乙?；D(zhuǎn)移酶活性，能夠提高乙酸乙酯的生成量。

【參考資料】

[1]鄭楠,郭慶煥,何亞輝,錢泓,趙東,陳葉福,郭學(xué)武,肖冬光.乙酰輔酶A含量對釀酒酵母乙酸乙酯合成的影響[J].中國釀造,2018,37(05):150-156.

[2]樊婧婧,趙雨佳,王晨,李春,周曉宏.釀酒酵母乙酰輔酶A精細(xì)調(diào)控合成萜類化合物研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展,2018,37(07):2773-2779.