酿酒酵母,又称啤酒酵母。在酒精发酵及各种酒类酿造过程中,酿酒酵母起主要作用,在化工、食品及饮料工业中占有重要位置。酿酒酵母是目前研究最透彻的真核细胞之一,成为研究真核生物生理特性的模式菌。因此,对酿酒酵母代谢调控规律的认识具有非常重要的意义。本文主要通过同位素标记实验获取酿酒酵母在不同生理状态下代谢流数据,探索酿酒酵母在不同比生长速率下的代谢调控机制。一般认为,酿酒酵母在厌氧条件下经发酵产生酒精,而好氧条件下细胞进行呼吸代谢,不会产生酒精。然而观察发现,酿酒酵母在葡萄糖浓度很高的培养基中,即使有足够的氧,酿酒酵母仍然可以产生乙醇,但当葡萄糖浓度很低时,则不会产生乙醇,该现象称为葡萄糖效应或Crabtree效应。该现象表明,在葡萄糖浓度变化的过程中,酿酒酵母由于自身的代谢调控机制,胞内中心碳代谢发生了迁移。目前,多采用稳定性同位素13C标记实验的方法获得可靠的胞内代谢通量信息。13C-MFA是一种基于同位素稳态下计算代谢流的成熟技术,该方法因要求达到同位素分布稳态,同位素标记物消耗大成本高昂限制了其应用。新发展的同位素非稳态下的代谢流分析(INST-13C-MFA)正在被广大研究者采用。对酿酒酵母在三个不同稀释速率下(D=0.12、0.22、0.32 h-1)进行恒化培养,利用INST-13C-MFA方法得到酿酒酵母胞内中心碳代谢的代谢流分布情况。结合代谢物组、代谢流组的数据,我们发现,酿酒酵母在三个不同的生理状态下,发生了明显的代谢迁移,在代谢迁移过程中,丙酮酸脱羧酶、乙醇脱氢酶、乙酰辅酶A合成酶催化的反应为关键节点。并且发现,EMP及TCA途径相对通量与菌体得率呈负相关,PP途径呈正相关;胞外副产物乙酸、甘油得率未发现明显变化,而乙醇的得率急剧增加。在中心碳代谢途径(central carbon metabolism,CCM)上,大部分的碳(70%)都流向EMP途径。同时,能荷随着稀释速率的增加而增加,细胞的供能方式逐渐从氧化呼吸转向底物水平磷酸化转化。通过酿酒酵母在不同生理状态下的宏观及微观数据的分析研究,更清晰地认识酵母从有氧呼吸到发酵过程中代谢机制的转变及其背后的原因,同时进一步加深对真核细胞代谢调控规律的认识,对指导菌株改造具有重要的意义。