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第 37 卷 第 2 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 姜绍通等: 苹果酸生物炼制研究进展 3

Glucose,葡萄糖;PEP, 磷酸烯醇式丙酮酸;pyk, 丙酮酸激酶;pepck,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶;Pyruvate, 丙酮酸;pyc, 丙酮酸羧化
酶; pdc,丙酮酸脱氢酶; Oxaloacetate, 草酰乙酸;mdh, 苹果酸脱氢酶;Acetyl鄄CoA, 乙酰辅酶 A; Citratate, 柠檬酸;sdh, 琥珀酸脱氢
酶;fum,富马酸酶;Isocitratate, 异柠檬酸;aco, 乌头酸酶;mse, 苹果酸合酶;ace, 异柠檬酸裂解酶;me,苹果酸酶;Mitochondrion, 线
粒体;Cytosol,胞液。
图 1摇 苹果酸生物精炼的中心代谢途径
Fig. 1摇 Central metabolic pathway for malic acid bio鄄refinery
摇
1郾 4摇 关键酶研究 coccus kodakarensis 中提取苹果酸酶来构建体外人工
富马酸酶是生产苹果酸的重要酶,特别是由富 苹果酸合成途径,发现其对葡萄糖的得率可以达到
马酸为原料生产苹果酸时。 已在酿酒酵母中检测到 60% 。
富马酸酶,并且在面包酵母细胞中测量到其高比活 为了提高苹果酸的产量,在大肠杆菌中实施了
性 [27] 。 苹果酸酶在大肠杆菌中介导 C3 代谢物羧化 富马酸还原酶的敲除以提升产物 [12] ,根据苹果酸的
成 C4 代谢中起重要作用 [28] 。 研究表明,也可以通 通量来源,削弱富马酸酶可以增加苹果酸的产量;同
过用修饰电极再生辅酶来生产苹果酸 [11] 。 此外,在 时富马酸酶的过度表达也可以反过来从下游改善其
米曲霉中检测到丙酮酸羧化酶和苹果酸脱氢酶的活 代谢 [33] 。 对于酿酒酵母 K 901H [34] ,Vid24p 基因
性也是影响苹果酸通量高低的主要原因 [26] 。 功能丧失导致了苹果酸脱氢酶累积,进而实现苹果
苹果酸代谢的关键酶见表 2。 对这些关键酶的 酸产率的提升。 所有这些改造策略显著促进产物代
分析表明,产生苹果酸的菌株具有固定 CO 的能力, 谢。 苹果酸代谢改造策略及效果如表 3。
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并且参与 TCA 和乙醛酸盐循环的合成。 1郾 6摇 发酵工艺研究
1郾 5摇 代谢改造策略研究 对于发酵过程,通常采用 3 种类型的发酵模型,
通过对苹果酸代谢的全面研究,尤其是全细胞 包括深层发酵、固体发酵和酶催化。 Zou 等 [2] 探讨
优化的研究 [31] ,人们借助代谢途径改造生产多种有 了深层发酵过程并进行了总结。 Penicillium scleroti鄄
机酸,包括 C4 苹果酸 [32] 。 Ye 等 [13] 通过从 Thermo鄄 orum K302 [20] 可 以 在 有 氧 条 件 下 高 产 苹 果 酸 钙