Die Änderung des Stoffwechselreaktionsflusses ist das Endergebnis interagierender Regulierungen durch intrazelluläre Genexpression, Transkriptionsregulation, Proteinniveau, Translationsmodifikation und allosterische Wirkung. Allerdings ist der regulatorische Mechanismus der Stoffwechselflussänderungen noch nicht ganz klar.
Für den zentralen Kohlenstoffstoffwechselweg wurde der Anteil zweier wichtiger regulatorischer Faktoren, der Proteinphosphorylierung und der allosterischen Effekte von Metaboliten, an Flussänderungen nicht quantifiziert, und der metabolische Regulationsmechanismus hinter dem Crabtree-Effekt von Saccharomyces cerevisiae ist noch nicht vollständig verstanden . Beispielsweise wurden die regulatorischen Faktoren, die hauptsächlich zu den Veränderungen des Stoffwechselflusses über den zentralen Kohlenstoffstoffwechselweg unter aeroben Atmungs- und aeroben Fermentationsbedingungen beitragen, nicht berichtet.
In einer Studie veröffentlicht in Verfahren der Nationalen Akademie der WissenschaftenDas Team von Xia Jianye vom Tianjin Institute of Industrial Biotechnology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, das Team von Zhuang Yingping von der East China University of Science and Technology und das Team von Jens Nielsen von der Chalmers University of Technology haben eine Methode entwickelt, um allosterische Effektoren zu identifizieren Funktionen zur Regulierung des physiologischen Reaktionsflusses und quantifizierte den Anteil jedes Regulierungsfaktors (Proteinhäufigkeit, thermodynamisches Potenzial, Substratkonzentration, allosterische Effektorkonzentration und Proteinphosphorylierung), der zu Flussänderungen beiträgt.
Durch die Analyse des isotopenmarkierten 13C-Stoffwechselflusses ermittelten Wissenschaftler zunächst die Flussverteilung des zentralen Kohlenstoffstoffwechselwegs von Saccharomyces cerevisiae unter aeroben Atmungs- und aeroben Fermentationsbedingungen. Sie nutzten eine hierarchische Regulierungsanalyse, um den Anteil der Proteinhäufigkeit und der thermodynamischen Potenziale an Flussänderungen zu quantifizieren.
Anschließend verwendeten die Wissenschaftler den Bayes’schen Inferenzansatz, um die allosterischen Effektoren zu identifizieren, die Funktionen zur Regulierung des Reaktionsflusses haben. Sie quantifizierten die Beiträge dieser physiologisch relevanten allosterischen Effektoren in Kombination mit den Substraten zu Änderungen des Reaktionsflusses.
Die Proteinphosphorylierungsanalyse zeigte, dass die Proteinphosphorylierung eine Schlüsselrolle bei der Regulierung des Flusses des glykolytischen Weges in Saccharomyces cerevisiae spielt.
Diese Studie zeigte, dass sich die Regulierungsmuster des Stoffwechselflusses im zentralen Kohlenstoffstoffwechselweg von Saccharomyces cerevisiae sowohl unter aeroben Atmungs- als auch unter aeroben Fermentationsbedingungen ändern. Die in dieser Studie verwendete Methode kann bei der Untersuchung der Mechanismen zur Regulierung des Stoffwechselflusses in anderen Stämmen verwendet werden.
Mehr Informationen:
Min Chen et al., Hefe erhöht den glykolytischen Fluss, um höhere Wachstumsraten zu unterstützen, begleitet von einer verminderten Metabolitenregulierung und einer geringeren Proteinphosphorylierung. Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2023). DOI: 10.1073/pnas.2302779120