丙酮酸脱氢酶与乙酸盐的生产

糖酵解完成后产生了丙酮酸，丙酮酸的继续氧化在线粒体中进行，包括三羧酸循环和电子传递2过程。而在进入三羧酸循环之前，先要氧化脱羧，与辅酶A结合为活化的乙酰辅酶A。 丙酮酸变成乙酰CoA和CO2是由丙酮酸脱氢酶复合体催化的，其中包含了3个酶和辅助因子，总反应式为： 丙酮酸+NAD+CoA-SH——乙酰CoA+NADH+H+CO2 额 我也就只能这么解释了！

bǐng tóng suān tuō qīng méi

pyruvate dehydrogenase

催化丙酮酸为乙酰CoA的不可逆反应的复合酶。EC1．2．4．1。CH3COCOOH＋CoA＋NAD＋→CH3C0CoA＋NADH＋CO2ΔGo′＝8.0kcal。有三种酶和五种辅助因子参于这一反应。它们组成如下系统：

（1）丙酮酸脱氢酶（EC4．1．1．1）

（2）硫辛酸转乙酰酶（EC2．3．1．12）

（3）硫辛酰胺脱氢酶（EC1．6．4．3）

即通过丙酮酸脱羧生成的羟乙基硫胺素二磷酸和硫辛酸反应形成乙酰二氢硫辛酸，乙酰基被转移至CoA．二氢硫辛酸通过FAD被氧化，氢最后被传递至NAD＋。在这个反应循环中，除CoA和NAD外，都和酶紧密结合。该酶复合体可从动物组织和细菌中提取出来，但对从大肠杆菌中提纯的研究进行得较多。复合体为直径约30纳米的多角形，似乎三种酶各含有24个分子。在生理上，好氧性糖分解时，作为从丙酮酸形成乙酰CoA的阶段是极其重要的。与该酶复合体十分相似的物质有α酮戊二酸脱氢酶的复合体。

丙酮酸脱氢酶系包括：丙酮酸脱氢酶、硫辛酸乙酰转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶。

丙酮酸脱氢酶复合体的另一个名字是丙酮酸脱氢酶系，是一种催化丙酮酸脱羧反应的多酶复合体，由三种酶（丙酮酸脱羧酶、二氢硫辛酸转乙酰基酶、二氢硫辛酸脱氢酶）和六种辅助因子组成，在它们的协同作用下，使丙酮酸转变为乙酰和二氧化碳。

定义

由丙酮酸脱羧酶(E1)、二氢硫辛酸乙酰转移酶(E2)和二氢硫辛酸脱氢酶(E3)3种不同的酶及焦磷酸硫胺素(TPP)、硫辛酸、黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)、氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸()、辅酶A(CoA)和镁离子()等6种辅助因子共同组成的一系列酶。可催化丙酮酸脱羧形成乙酰辅酶A(乙酰CoA)的反应。

以上内容参考：百度百科-丙酮酸脱氢酶系

原理：丙酮酸盐检测试剂盒提供了一种简单、直接和可自动化操作的程序来测量不同生物学标本中丙酮酸的含量。适用标本类型包括：食物、细胞、培养基和发酵培养基。丙酮酸盐检测试剂盒基本原理如下：丙酮酸盐被丙酮酸酶氧化，在酶反应过程中产生颜色（λ=570 nm）或者荧光（Ex/Em=535/587 nm），可使用酶标仪或荧光计检测到。光的强度与丙酮酸含量是成正比的，因此通过检测光的强度即可精确的得到丙酮酸的含量。试剂盒检测范围为1-10 uM丙酮酸。

丙酮酸检测试剂盒

丙酮酸分子式CH3COCOOH，原称焦性葡萄酸(德Brenztr-aubensure)，是参与整个生物体基本代谢的中间产物之一。丙酮酸可通过乙酰CoA和三羧酸循环实现体内糖、脂肪和氨基酸间的互相转化，因此，丙酮酸在三大营养物质的代谢联系中起着重要的枢纽作用。

丙酮酸是糖无氧代谢的产物，研究工作者将丙酮酸和乳酸一同测定，并用二者的比值推测循环衰竭的严重程度；此外，它还对维生素B1缺乏有一定的研究意义，同时作为一种重要的精细化工中间体,广泛应用于医药、农药、食品等领域,尤其是作为医药中间体,具有良好的发展前景。

应用[4][5]

用于大肠杆菌丙酮酸代谢途径改造及丙酮酸高产菌株培育

丙酮酸作为最重要有机酸之一,在医药、食品、化工等领域以及科学研究中都具有广泛的用途。目前高质量的丙酮酸在国内市场缺口较大,丙酮酸工业化生产的前景十分广阔。

从野生型大肠杆菌K-12 MG1655菌株出发,利用CRISPR/Cas9技术敲除了乳酸脱氢酶基因（ldh A）,截断了乳酸合成途径敲除了丙酮酸氧化酶基因（pox B）、磷酸转乙酰基酶基因（pta）和乙酸激酶基因（ack A）,截断了乙酸合成途径敲除了丙酮酸-甲酸裂解酶基因（pfl B）,截断了甲酸合成途径敲除了磷酸烯醇丙酮酸合成酶基因（pps A）,减少了丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸敲除了磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因（ppc）,减少了磷酸烯醇式丙酮酸的消耗通过敲除延胡索酸还原酶复合体基因（frd BC）,削弱了三羧酸循环途径。最后得到了一株可以初步积累丙酮酸的基因工程改造菌株MG1655-GP7（E.coli K-12 MG1655Δldh AΔpfl BΔack AΔptaΔpox BΔppcΔfrd BCΔpps A）,这株菌在使用5 L发酵罐发酵68小时后丙酮酸产量达到32.07 g/L。

这表明只利用基因工程的手段是可以使大肠杆菌积累丙酮酸的。大肠杆菌利用葡萄糖作为碳源时,葡萄糖经糖酵解途径会产生过量的ATP与NADH从而抑制丙酮酸的积累,使用氧化程度较高的葡萄糖酸作为碳源可解决此问题当葡萄糖进入细胞后不经EMP途径而是进入Entner-Doudoroff（ED）途径,产生的ATP与NADH的量只有前者的一半,会相应的促进丙酮酸的积累。为了进一步提高产量,作者又敲除磷酸葡萄糖异构酶基因（pgi）以抑制糖酵解途径同时敲除6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶基因（gnd）以抑制磷酸戊糖途径,并减少6-磷酸-葡萄糖酸的消耗还在敲除磷酸葡萄糖转移酶基因（pts G）和磷酸烯醇丙酮酸葡萄糖转移酶基因（pts I）的基础上敲入运动发酵单胞菌中葡萄糖转运蛋白基因（glf）来改良葡萄糖转运系统,减少大肠杆菌细胞转运葡萄糖时磷酸烯醇式丙酮酸的消耗。

并计划上调葡萄糖-6-磷酸脱氢酶基因（zwf）、葡萄糖酸-6-磷酸脱水酶基因（edd）和2-酮-3-脱氧葡萄糖酸-6-磷酸醛缩酶基因（eda）的表达以强化ED途径,平衡ATP和NADH的水平,引导碳流更多的流向丙酮酸合成方向。

目前通过基因编辑的方法得到了一株生产丙酮酸能力理论上较MG1655-GP7菌株有所提高的MG1655-GP12（E.coli K-12 MG1655Δldh AΔpfl BΔack AΔptaΔpox BΔppcΔfrd BCΔpps AΔgndΔpgiΔpts GΔpts I::glf）菌株,该菌株的生产能力正在评估中。但经多次基因改造后,基因工程菌株MG1655-GP12出现了较野生型菌株生长缓慢的现象,本实验对该菌株进行了实验室适应性进化,经多次传代后筛选到一株生长速度恢复到野生型菌株75%的MG1655-GP12-1菌株。

a-酮戊二酸→琥珀酸coa→琥珀酸→延胡索酸→苹果酸→草酰乙酸

a▁酮戊二酸产co2,2H﹢.琥珀酸产2H+.苹果酸产2H+

草酰乙酸→柠檬酸→异柠檬酸→草酰琥珀酸→a酮戊二酸

三羧酸循环总反应：

乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi—→2CO2+3NADH+FADH2+GTP（ATP）+2H+ +CoA-SH

再加上丙酮酸氧化脱羧形成一分子NADH，所以共产生：4个NADH、1个FADH2和1个GTP（ATP）

一分子NADH通过电子传递链的氧化，形成2.5分子ATP；一分子FADH2通过电子传递链的氧化，形成1.5分子ATP。

一分子丙酮酸在线粒体内氧化成二氧化碳和水可生成ATP分子的数目为：

2.5×4 + 1.5 + 1 = 12.5 即，可以生成12.5分子的ATP

扩展资料：

在三羧酸循环中此酶催化的反应为：

α-酮戊二酸+NAD+ + 辅酶A → 琥珀酰辅酶A + 二氧化碳+ NADH

酮戊二酸脱氢酶（α-酮戊二酸脱氢酶）

进行此反应需要以下三步骤：

α-酮戊二酸的脱羧反应，

NAD到NADH的氧化还原反应，

中间产物随后被转移到辅酶A，形成了最终产物，琥珀酰辅酶A.

此反应的ΔG为-7.2 千卡/摩尔。此氧化过程所需的能量以硫酯键的形式被保存在琥珀酰辅酶A之中。

参考资料来源百度百科-酮戊二酸脱氢酶

反应机制分为五步：

（1）丙酮酸在TPP、Mg2+存在下，经丙酮酸脱氢酶（E1）作用，脱去羧基，形成中间产物——活性乙醛（1分）。

（2）在硫辛酸、Mg2+存在下，由丙酮酸脱氢酶作用，由形成乙酰二氢硫辛酸（1分）。

（3）在CoASH 、Mg2+存在下，由二氢硫辛酸转乙酰基酶（E2）作用下，形成乙酰CoA和二氢硫辛酸（1分）。

（4）在FAD、Mg2+存在下，由二氢硫辛酸脱氢酶（E3）作用，产生氧化型硫辛酸和FADH2（1分）。

（5）在NAD+存在下，仍由二氢硫辛酸脱氢酶（E3）作用，将FADH2中的氢转给NAD+（1分）。

丙酮酸氧化脱羧反应受下列因素调控：

（1）产物抑制：乙酰CoA和NADH均抑制丙酮酸氧化脱氢酶活性（1分）。

（2）核苷酸反馈调节：E1受GTP抑制，为AMP活化。当细胞内能荷高时，酶系活性下降（1分）。

（3）可逆磷酸化共价调节：丙酮酸脱氢酶特定的丝氨酸残基，能在激酶作用下被ATP磷酸化而使酶失活，但可由磷酸酶作用脱去磷酸而恢复活性。（1分）。