研究人員發現增強微生物呼吸作用能產生更多能量

細胞如何產生并利用能量？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，這在工業發酵過程中至關重要。

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

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

細胞不斷從葡萄糖中產生一種被稱為ATP的高能分子。ATP被細胞內的酶消耗掉，酶利用這種能量構造生物質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，微生物在發酵過程中就表現得越好。

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

這兩種途徑相互補充，但是研究人員發現，改變發酵環境以及糖和蛋白質的數量，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，高產量途徑比低產量途徑需要更多的蛋白質。

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

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