随着代谢工程的兴起，微生物细胞工厂为生产可持续燃料和化学品提供了灵活、高效、环境友好的生产方法[1]。酿酒酵母由于易于进行基因操作、对环境有较强的鲁棒性、具有完整的膜系统和较高的DNA重组效率等[2-3]，加之对其生理学、分子生物学、基因组学、系统生物学的深入了解，渐渐成为了重要的多功能细胞工厂[4-5]。

植物次生代谢产物中的一大类化合物为萜类化合物。目前，已发现约 种不同结构的萜类化合物[6]。萜类化合物具有抗感染、抗菌、抗氧化等优良特性，广泛应用于化工、医药、食品、农药等领域，但存在生产过程复杂、产量低的问题。在酿酒酵母中，萜类化合物以乙酰辅酶A为前体并经甲羟戊酸途径（MVA）直接合成，因此可通过对酿酒酵母乙酰辅酶 A调控发挥其合成萜类化合物的优势。

乙酰辅酶A是酿酒酵母细胞中心碳代谢的关键分子，参与多种代谢过程，并在合成和分解代谢中发挥重要作用。乙酰辅酶A是合成脂肪酸和甾醇类化合物的前体，也是脂肪酸β-氧化的产物；乙酰辅酶A在线粒体中参与三羧酸（TCA）循环为机体提供能量。在代谢工程领域，许多有价值的化学品都以乙酰辅酶A为前体合成，如正丁醇、聚羟基脂肪酸类、脂肪酸及其衍生物、黄酮类化合物、萜类化合物如β-香树脂醇[7]和青蒿酸[8]等。然而，在酿酒酵母中引入或过表达这些化合物的合成路径会导致前体乙酰辅酶A供应不足。

本文综述了酿酒酵母的乙酰辅酶A代谢，针对萜类化合物合成过程中前体乙酰辅酶A供应不足，介绍了当前的代谢工程策略。

1 酿酒酵母乙酰辅酶A代谢

乙酰辅酶A是酿酒酵母代谢网络中最重要的代谢中间体，参与细胞质、线粒体、过氧化物酶体和细胞核4个不同亚细胞结构域的代谢过程（见图1）。乙酰辅酶A为脂肪酸合成的底物，同时也是脂肪酸降解的产物。此外，乙酰辅酶A为蛋白质乙酰化的前体，对酶功能的调节和DNA转录有重要作用。

1.1 乙酰辅酶A的生成

酿酒酵母主要通过两个代谢途径产生乙酰辅酶A。①糖酵解产生并进入线粒体部分的丙酮酸经丙酮酸脱氢酶复合体（PDH）催化生成乙酰辅酶A[9]（图1）。PDH 是酿酒酵母最复杂的蛋白复合体之一，由丙酮酸脱氢酶（E1）、二氢硫辛酰胺乙酰转移酶（E2）、二氢硫辛酰胺脱氢酶（E3）和 6种辅因子[二磷酸硫胺（TPP）、lipoic acid、黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）、CoA、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）和Mg2+]构成，PDH不可逆地催化丙酮酸生成乙酰辅酶A，酿酒酵母可从转录和转录后水平对PDH复合体进行调控[10-12]。乙酰辅酶A和草酰乙酸在柠檬酸合酶的催化下生成柠檬酸由此开始TCA循环。②保留在细胞质的丙酮酸在丙酮酸脱羧酶的作用下转化为乙醛，乙醛在乙醛脱氢酶（ALD）的作用下生成乙酸[13]，乙酸和辅酶A在乙酰辅酶A合酶（ACS）的催化下生成乙酰辅酶A[14-15]。酿酒酵母存在两个ACS编码基因，ACS1和ACS2，ACS1的表达受葡萄糖抑制，ACS2为组成型表达，不受葡萄糖抑制。细胞质中由丙酮酸合成乙酰辅酶A的途径也称为丙酮酸脱氢酶支路（见图1）。1分子葡萄糖通过丙酮酸脱氢酶支路合成 2分子乙酰辅酶A，净消耗2分子三磷酸腺苷（ATP）。此外，脂肪酸β-氧化也可生成乙酰辅酶A。

图1 酿酒酵母乙酰辅酶A代谢

1.2 乙酰辅酶A的消耗

1.2.1 参与脂肪酸与甾醇代谢

合成脂肪酸的第一步反应是乙酰辅酶A在乙酰辅酶A羧化酶（ACC）的催化下生成丙二酰辅酶A，这一步是脂肪酸合成的限速步骤。酿酒酵母存在两个ACC，定位于细胞质的由ACC1编码[16]，定位于线粒体的由HFA1编码[17]。酿酒酵母合成甾醇的第一步反应是乙酰乙酰辅酶A硫解酶（ERG10）催化两分子乙酰辅酶A生成一分子乙酰乙酰辅酶A[18]，经MVA途径生成鲨烯，鲨烯在一系列酶的催化下合成甾醇（见图1）。

1.2.2 参与蛋白质乙酰化过程

乙酰辅酶 A可为蛋白质乙酰化提供乙酰基供体。翻译后蛋白的α或ε-氨基酸的乙酰化修饰是原核和真核生物的重要调控方式之一[19-20]。酿酒酵母主要对各种组蛋白N-端的赖氨酸残基进行乙酰化修饰或去乙酰化，中和或增加组蛋白的正电荷，使组蛋白与DNA分离或结合，从而调控DNA的复制与转录等[21]。组蛋白乙酰化涉及的乙酰辅酶A量级较小，对其代谢流的影响不大。

1.3 线粒体乙酰辅酶A穿梭

与其他真核生物类似，酿酒酵母乙酰辅酶A代谢高度区域化，无法自由穿梭于不同的细胞器[22]。真核生物中，3种运输系统具有运输乙酰辅酶A的能力，分别为如下。①肉毒碱穿梭系统，胞质或过氧化物酶体的乙酰辅酶A被催化为乙酰肉毒碱，然后被转运进入线粒体。然而，酵母并不能从头合成肉毒碱，因此，只有在外源补加肉毒碱的情况下，该系统才会发挥作用[23]。②乙醛酸支路系统，参与乙醛酸循环的苹果酸合酶将胞质乙酰辅酶 A与乙醛酸催化为苹果酸，苹果酸脱氢再生为草酰乙酸，再与乙酰辅酶 A生成柠檬酸，构成一个循环。③柠檬酸裂解酶系统，在细胞质中将柠檬酸催化为乙酰辅酶A。第一种通过肉毒碱穿梭，后两种通过可自由通过细胞器膜的柠檬酸穿梭，酿酒酵母存在前两种运输系统，目前还未从酿酒酵母中鉴定到ACL编码基因[24]。

文章来源：《化学与生物工程》 网址: http://www.hxyswgc.cn/qikandaodu/2021/0314/864.html