全 文 ：第 １２卷第 １期
２０１４年 １月
生 物 加 工 过 程
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ １２ Ｎｏ １
Ｊａｎ ２０１４
ｄｏｉ：１０ ３９６９ ／ ｊ ｉｓｓｎ １６７２－３６７８ ２０１４ ０１ ０１６
收稿日期：２０１３－１０－２３
基金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３计划）（２０１１ＣＢ７０７４０５）
作者简介：张 旭（１９８９—），女，天津人，硕士研究生，研究方向：微生物代谢工程；祁庆生（联系人），教授，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｑｉｑｉｎｇｓｈｅｎｇ＠ ｓｄｕ ｅｄｕ ｃｎ
大肠杆菌碳分解代谢抑制及混合 Ｃ源共利用的
研究进展
张 旭，李宜奎，祁庆生
（山东大学 微生物技术国家重点实验室，济南 ２５０１００）
摘 要：总结了大肠杆菌中 Ｃ源分解代谢（ｃａｒｂｏｎ ｃａｔａｂｏｌｉｔｅ ｒｅｐｒｅｓｓｉｏｎ，ＣＣＲ）现象的原理及特点，综述并分析了如何
通过对宿主菌进行基因工程改造以解除碳代谢抑制，以实现大肠杆菌利用多种 Ｃ源。
关键词：磷酸转移酶系统；碳分解代谢抑制；混合 Ｃ源；大肠杆菌
中图分类号：Ｑ９３６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２－３６７８（２０１４）０１－０１０９－０８
Ｃａｒｂｏｎ ｃａｔａｂｏｌｉｔｅ ｒｅｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｃｏ⁃ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｘｅｄ
ｃａｒｂｏｎ ｓｏｕｒｃｅｓ ｉｎ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ
ＺＨＡＮＧ Ｘｕ，ＬＩ Ｙｉｋｕｉ，ＱＩ Ｑｉｎｇｓｈｅｎｇ
（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ ２５０１００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅｃｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｃａｒｂｏｎ ｃａｔａｂｏｌｉｔｅ ｒｅｐｒｅｓｓｉｏｎ（ＣＣＲ） ａｎｄ ｉｔｓ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｃａｒｂｏｎ ｒｅｓｏｕｒｃｅ
ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ， ｔｈｅ ｃｏ⁃ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｘｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｓｏｕｒｃｅｓ ｉｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ
Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｈｏｓｐｈｏｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ ｓｙｓｔｅｍ；ｃａｒｂｏｎ ｃａｔａｂｏｌｉｔｅ ｒｅｐｒｅｓｓｉｏｎ；ｍｉｘｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｓｏｕｒｃｅｓ；Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ
大肠杆菌利用环境中的碳水化合物作为生长
代谢的 Ｃ 源和能源时，需要经过两层同轴心的外
膜和内膜（细胞质膜）将其从细胞外转运到细胞质
内。 以大肠杆菌偏好的 Ｃ 源和能源———葡萄糖为
例（图 １），大肠杆菌先通过位于外膜上的非特异
性的 ＯｍｐＣ、ＯｍｐＦ 和 ＬａｍＢ 孔蛋白以自由扩散的
方式将细胞外的糖分子运输到周质空间［１］ ；而后
通过激活内膜上特异性的糖转运系统以主动运输
的方式将周质空间的糖分子运送到细胞内。 葡萄
糖专一性的磷酸烯醇式丙酮酸（ＰＥＰ）依赖的磷酸
转移酶系统（ＰＴＳＧｌｃ）是大肠杆菌将周质空间内的
葡萄糖转运到细胞质内的主要运输途径［１－３］ 。
ＰＴＳＧｌｃ由 ４ 个蛋白 ＥＩ （ ｐｔｓＩ）、 ＨＰｒ （ ｐｔｓＨ）、 ＥＩＩＡＧｌｃ
（ ｃｒｒ）、 ＥＩＩＢＣＧｌｃ （ ｐｔｓＧ）组成，这些蛋白参与胞内
ＰＥＰ 与周质空间内葡萄糖间的磷酸级联传递，并
同时将葡萄糖内质化。 可溶性的 ＥＩ 和 ＨＰｒ 蛋白
是非底物专一性的，是所有磷酸转移酶系统中共
有组分，负责将胞内 ＰＥＰ 的磷酸基团传递给糖专
一性的可溶性蛋白 ＥＩＩＡＧｌｃ和 ＥＩＩＢＧｌｃ；糖专一性的
膜整合蛋白 ＥＩＩＣＧｌｃ（和 ＥＩＩＤＧｌｃ）负责识别糖分子，
并接受 ＥＩＩＢＧｌｃ的磷酸，同时将周质空间内的糖分
子磷酸化和内质化。 其他的糖特异性 ＰＴＳ 蛋白，
如甘露糖专一性的 ＥＩＩＡＢＭａｎ和 ＥＩＩＣＤＭａｎ，也具有亲
和转运葡萄糖的能力［１， ４］ 。 另外，半乳糖的 ２ 种非
ＰＴＳ运输载体 ＧａｌＰ 和 ＭｇｌＢＡＣ 同样具有亲和、转
运葡萄糖的能力，前者为糖与 Ｈ＋同向运输载体，后
者为 ＡＢＣ （ ＡＴＰ⁃ｂｉｎｄｉｎｇ ｃａｓｓｅｔｔｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ， ＡＢＣ）
运输载体；通过这 ２ 个转运系统内质化的葡萄糖
需要进一步经过 Ｇｌｋ（ｇｌｋ）催化并以 ＡＴＰ 为磷酸供
体将葡萄糖磷酸化为葡萄糖 ６ 磷酸，以进入糖
酵解途径［５］ 。
ＰＴＳＧｌｃ不仅是葡萄糖转运的主要途径，而且在
细胞内全局信号调节中也起关键作用。 当环境中
存在葡萄糖和其他 Ｃ 源时，ＰＴＳＧｌｃ调控细胞优先吸
收利用葡萄糖，然后再利用其他 Ｃ 源。 笔者总结了
葡萄糖存在时的碳分解代谢抑制作用，并讨论了如
何通过代谢工程改造使得大肠杆菌能够同时利用
多种混合 Ｃ源。
１ 碳分解代谢抑制作用
Ｃ源的高效利用对于微生物在竞争的自然环境
下维持生存是十分重要的。 为了有效地利用 Ｃ 源，
细菌在不断的进化中获得了一种自身调节机制，即
选择性优先利用能够供自身快速生长的 Ｃ 源（如葡
萄糖），抑制次要 Ｃ 源转运和代谢所需酶的合成和
激活，这个现象被定义为碳分解代谢抑制（ ｃａｒｂｏｎ
ｃａｔａｂｏｌｉｔｅ ｒｅｐｒｅｓｓｉｏｎ，ＣＣＲ）。 该机制导致了 Ｃ 源的
先后利用，从而引起细菌的二次生长现象。 在大肠
杆菌中，ＣＣＲ 参与细胞内 ｃＡＭＰ（ｃｙｃｌｉｃ ＡＭＰ）、腺苷
酸环化酶 （ ａｄｅｎｙｌａｔｅ ｃｙｃｌａｓｅ， ＡＣ）、代谢激活蛋白
（ＣＡＰ）和 ＰＴＳＧ ｌｃ中 ＥＩＩＡＧｌｃ间的信号调节［６］。
其中，对碳分解代谢抑制影响最大的 ２ 个因
素分别是 ｃＡＭＰ ｃＡＭＰ 受体蛋白（ ＣＲＰ）的转录
调控作用和诱导物阻遏作用，这 ２ 种作用机制都
是以 ＰＴＳＧｌｃ组分中 ＥＩＩＡ 的磷酸化水平为调节信
号。 此外，胞质中 ＰＥＰ ／ ＰＹＲ 比率以及一些专一
性的转录调控因子也参与碳分解代谢抑制作用
的发生（图 １） 。
图 １ 大肠杆菌的 ＰＴＳＧｌｃ参与的葡萄糖转运及碳分解代谢抑制作用
Ｆｉｇ １ Ｇｌｕｃｏｓｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｃａｒｂｏｎ ｃａｔａｂｏｌｉｔｅ ｒｅｐｒｅｓｓｉｏｎ ｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ＰＴＳＧｌｃ ｉｎ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ
１ １ ｃＡＭＰ ＣＲＰ信号调节
在大肠杆菌中，ＣＡＰ 能够激活一百多个启动子
的表达，同时对一些基因的转录起抑制作用［７］。
ＣＡＰ 需要先与其变构调节因子 ｃＡＭＰ 形成复合物
才能有效地结合到目标基因启动子区域的操纵序
列上，因此 ＣＡＰ 的全局信号调控取决于胞内的
ｃＡＭＰ 浓度。 ｃＡＭＰ 是由 ＡＣ 催化生成的，ＡＣ 的活
性又依赖于磷酸化的 ＥＩＩＡＧｌｃ（ＥＩＩＡＧｌｃ Ｐ）。 除了调
控碳分解代谢相关基因，ＣＡＰ 还直接参与调控许多
其他胞内过程，如全局调控因子（ＦＩＳ）的表达［８］、三
羧酸循环（ＴＣＡ）和呼吸作用［９－１０］、渗透调节［１１］、生
物膜形成［１２］、氮的同化［１３］和小的非编码 ＲＮＡｓ（如
Ｓｐｏｔ４２和 ＣｙａＲ ＲＮＡｓ） ［１４］等。
当大肠杆菌以葡萄糖或其他 ＰＴＳ 糖类为 Ｃ 源
生长时，胞内 ＰＥＰ 浓度较高且 ＥＩＩＡＧｌｃ大多以非磷酸
化状态存在，降低培养基中葡萄糖浓度可以使
０１１ 生 物 加 工 过 程 第 １２卷
ＥＩＩＡＧｌｃ磷酸化程度提高，而 ＥＩＩＡＧｌｃ Ｐ 与 ＡＣ 的羧基
区域结合并激活 ＡＣ 的酶活性［１５－１６］。 ＡＣ 的激活使
得胞内 ｃＡＭＰ 水平提高， ｃＡＭＰ 与其受体蛋白
（ｃＡＭＰ ｒｅｃｅｐｔｏｒ ｐｒｏｔｅｉｎ，ＣＲＰ）结合形成 ｃＡＭＰ ＣＲＰ
复合物，并激活许多分解代谢相关的基因和操纵子
（如乳糖、蜜二糖、甘油和麦芽糖等的分解代谢）。
也就是说，优势 Ｃ 源存在降低了细胞内的 ｃＡＭＰ
ＣＲＰ 水平，使得次级 Ｃ源的利用能力降低从而起到
抑制作用。 Ｉｎａｄａ 等［１７］ 和 Ｄｅｕｔｓｃｈｅｒ 等［１８］ 认为
ｃＡＭＰ ＣＲＰ 介导的分解代谢基因的调控主要是在
生长延迟期发挥作用，而后的 ＣＣＲ是由诱导物阻遏
调节的。
１ ２ 诱导物阻遏
诱导物阻遏（ ｉｎｄｕｃｅｒ ｅｘｃｌｕｓｉｏｎ）是一种 Ｃ 源的
代谢抑制另一种 Ｃ 源吸收利用的现象。 在大肠杆
菌中，ＰＴＳＧｌｃ中非磷酸化形式的 ＥＩＩＡＧｌｃ是导致诱导
物阻遏作用的关键信号。 以大肠杆菌 ｌａｃ 操纵子的
经典模型为例［１６，１９］，当培养基中同时存在葡萄糖和
乳糖 ２种 Ｃ 源时，葡萄糖被优先利用，此时，磷酸基
团在 ＰＴＳＧｌｃ蛋白间进行级联传递，ＰＥＰ 和 ＥＩＩＡＧｌｃ Ｐ
浓度都很低，而非磷酸化的 ＥＩＩＡＧｌｃ与乳糖透性酶
ＬａｃＹ（乳糖：Ｈ＋同向转运载体）结合使之失活，将导
致胞外的乳糖无法转运进胞内，使得乳糖分解代谢
基因（ ｌａｃ操纵子）表达所需的诱导剂（异乳糖）无法
生成，进而抑制了乳糖的吸收和利用。 当葡萄糖被
耗尽只剩下乳糖为唯一 Ｃ 源时，ＥＩＩＡＧｌｃ主要以磷酸
化形式存在，对 ＬａｃＹ 的阻遏作用被解除，使乳糖能
够被转运进入胞内。
有趣的是，Ｐｏｓｔｍａ 等［１９］发现，当培养基中还存
在与乳糖相同类型的 Ｃ源时，ＥＩＩＡＧｌｃ与 ＬａｃＹ的相互
作用会被加强，这说明或许还存在其他调控作用。
此外，有研究调查了大肠杆菌全基因组并发现
ＥＩＩＡＧｌｃ与若干非 ＰＴＳＣ源转运相关蛋白都存在共有
序列［２０］，包括麦芽糖转运蛋白（ＭａｌＦＧＫ２）、乳糖渗
透酶蛋白（ＬａｃＹ）、蜜二糖渗透蛋白（ＭｅｌＢ）和蜜三
糖渗透蛋白（ＲａｆＢ）等，这说明 ＥＩＩＡＧｌｃ可能通过诱导
物阻遏作用影响更多 Ｃ源的吸收和利用。
最终的 ＣＣＲ现象往往是由这 ２ 种机制共同作
用的综合结果。 乳糖的吸收受 ＥＩＩＡＧｌｃ Ｐ 抑制的同
时，ｌａｃ的启动子还受 ＣＡＰ 的激活［１８］。 当葡萄糖吸
收完全，ＥＩＩＡＧｌｃ Ｐ 的抑制作用解除，且细胞内的
ＣＡＰ 水平提高。 乳糖对 ｌａｃ操纵子诱导作用得以恢
复，这是诱导物阻遏作用的解除以及 ＣＡＰ 使得 ｌａｃ
操纵子转录水平加强两方面综合作用的结果［５］。
１ ３ ＰＥＰ ／ ＰＹＲ比率的影响
大肠杆菌中，引起碳分解代谢抑制作用的主要
因素是非磷酸化形式的 ＥＩＩＡＧｌｃ。 依赖于 ＰＴＳ 途径
进行转运的碳水化合物的内质化过程会提高非磷
酸化形式的 ＥＩＩＡＧｌｃ水平，但不是唯一因素。 Ｈｏｇｅｍａ
等［２１］发现，大肠杆菌以非 ＰＴＳ 糖类为 Ｃ 源时也会
提高非磷酸化形式的 ＥＩＩＡＧｌｃ。 以葡萄糖 ６ 磷酸为
例，该糖的转运和第一步代谢反应不参与 ＥＩＩＡＧｌｃ的
脱磷酸作用，糖酵解过程的后几步反应才是关键。
他们对 ＰＥＰ 和丙酮酸（ｐｙｒｕｖａｔｅ，ＰＹＲ）进行了定量
监测，发现它们与 ＥＩＩＡＧｌｃ蛋白磷酸化水平有直接关
系，结果表明：当 ＰＥＰ ／ ＰＹＲ 比率降低时，ＥＩＩＡＧｌｃ Ｐ
发生脱磷酸化作用，且这 ２ 个现象往往同时发生。
因此，ＰＥＰ ／ ＰＹＲ的比率可能直接导致不同 Ｃ 源间
的碳代谢抑制，反之该比率也受 Ｃ 源新陈代谢的
影响［２２］。
１ ４ ＤｇｓＡ（Ｍｌｃ）转录调节因子
除了这 ２种以 ＥＩＩＡＧｌｃ磷酸化水平为信号的调控
外，Ｅ ｃｏｌｉ中还存在一些 ＰＴＳＧｌｃＣ源分解代谢基因的
转录调控因子，这些转录调控因子包含有 ＰＴＳＧｌｃ调
节域。 ＤｇｓＡ（或 Ｍｌｃ）被认为是一个转录水平的双
重调节因子［２３］，它能调控自身 ｍｌｃ 基因、ＰＴＳＧｌｃ关键
基因 ｐｔｓＨＩ、ｐｔｓＧ 和 ｍａｎＸＹＺ（编码甘露糖的 ＰＴＳ 转
运，也能亲和转运若干其他己糖，如葡萄糖） ［２０，２４－２５］
的表达。
Ｍｌｃ的抑制作用和 ｃＡＭＰ ＣＲＰ 的激活作用直接
与 ＰＴＳＧｌｃ组分的磷酸化水平相关。 Ｃ源底物对 ＰＴＳＧｌｃ
途径的激活导致 ＥＩＩＢＣＧｌｃ和 ＥＩＩＡＧｌｃ主要为非磷酸化
形式。 此时 ＥＩＩＢＣＧｌｃ与Ｍｌｃ结合并将Ｍｌｃ与其所结合
的 ＤＮＡ 隔离开，于是 Ｍｌｃ 得以表达并能够抑制
ＰＴＳＧｌｃ基因的表达，并降低葡萄糖的转运速率［２６］。 而
后 Ｎａｍ 等［２６］给出了 ＥＩＩＢＣＧｌｃ Ｍｌｃ 复合体的晶体结
构：Ｍｌｃ四聚物与 ４ 个膜整合蛋白 ＥＩＩＢＣＧ ｌｃ结合的复
合体结构，从而进一步揭示了 Ｍｌｃ的作用机制。
大肠杆菌以葡萄糖或其他能被快速利用的
ＰＴＳＣ源（如 Ｎ⁃ａｃｅｔｙｇｌｕｃｏｓａｍｉｎｅ和甘露糖等）为底物
生长时不受 Ｍｌｃ 的抑制，非 ＰＴＳＣ 源（如乳糖、麦芽
糖和蔗糖）也不受影响。 而麦芽糖（非 ＰＴＳ 糖）在一
定程度上受 Ｍｌｃ抑制，这可能与细胞内葡萄糖和葡
萄糖 １ 磷酸的浓度有关［１６，１９，２５］。 除 ＣＲＰ 外，基因
ｍｌｃ几乎不受其他因子的调控，Ｄｅｃｋｅｒ 等［２７］证实该
调控过程为转录后调控。
１１１ 第 １期 张 旭等：大肠杆菌碳分解代谢抑制及混合 Ｃ源共利用的研究进展
２ ＣＣＲ对 Ｅ ｃｏｌｉ混合 Ｃ源利用的影响
大肠杆菌中调控 ＣＣＲ 作用的若干途径组成了
一个复杂的网络，其目的主要是：①从混合的生长
介质中优先利用能够对自身快速代谢的 Ｃ 源；②根
据细胞自身的代谢能力限制对于 Ｃ 源的吸收利用，
避免负担过重和能源浪费。 ＣＣＲ 是一个较复杂的
调控过程，在不同的多 Ｃ 源组合中，大肠杆菌的 Ｃ
源利用顺序以及利用速率不同。 总的来说是从 ２个
角度进行调节：一是不激活次要 Ｃ 源的利用，二是
抑制次要 Ｃ 源的利用。 混合 Ｃ 源成分不同，Ｃ 源的
代谢顺序、ＣＣＲ现象形成机制以及缓解 ＣＣＲ影响的
方法都存在差异。 不论是哪种或哪几种机制引起
ＣＣＲ作用，几乎都与 ＰＴＳ 途径密切相关，因此针对
不同的机制，对 ＰＴＳ进行定向改造可以有效地缓解
ＣＣＲ作用（表 １）。
表 １ 大肠杆菌中常见混合 Ｃ源分解代谢抑制特点及解除方法
Ｔａｂｌｅ １ Ｆｅａｔｕｒｅ ａｎｄ ｒｅｍｏｖｅ ｍｅｔｈｏｄ ｃｏｍｍｏｎ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｍｉｘｔｕｒｅ ｃａｔａｂｏｌｉｔｅ ｒｅｐｒｅｓｓｉｏｎ ｉｎ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ
优势 Ｃ源 次要 Ｃ源 转运方式 ＣＣＲ主要机制 混合 Ｃ源利用
葡萄糖
乳糖 非 ＰＴＳ ＥＩＩＡ
Ｇｌｃ ＬａｃＹ；
ｃＡＭＰ ＣＲＰ
ｐｔｓＧ缺失；
解除诱导物阻遏，提高 ｃＡＭＰ ＣＲＰ 水平
麦芽糖 非 ＰＴＳ ＥＩＩＡＧｌｃ ＭａｌＦＧＫ２复合体；
ｃｒｒ缺失；
解除诱导物阻遏
木糖 非 ＰＴＳ 受 ＰＴＳ影响，但具体机制尚不明确
ＰＴＳ突变；
解除碳分解代谢抑制作用
甘油 非 ＰＴＳ ＥＩＩＡ
Ｇｌｃ 甘油 ３ 磷酸；
ＥＩＩＡＧｌｃ ＧＫ；调控因子 ＧｌｐＲ
ｐｔｓＧ缺失；
解除诱导物阻遏
β 葡萄糖苷 ＰＴＳ ｂｇｌ转录调节系统 ｐｔｓＨ缺失；解除转录因子抑制作用
２ １ 葡萄糖和乳糖
葡萄糖对乳糖的诱导物阻遏作用是受非磷酸化
的 ＥＩＩＡＧｌｃ激活的。 ＬａｃＹ蛋白结合底物中的乳糖后发
生某种构象的改变，才能与 ＥＩＩＡＧｌｃ发生随后的作用。
这种只有在乳糖存在时才发生的 ＥＩＩＡＧｌｃ ＬａｃＹ的条
件性结合作用，实际上避免了当非 ＰＴＳ糖类不存在时
对 ＰＴＳ组分的浪费［１７］。 Ｈｏｇｅｍａ 等［２８］在通过添加外
源的 ｃＡＭＰ 激活 ｌａｃ基因的表达来抵抗葡萄糖对乳糖
的抑制作用，结果发现菌体的生长受到抑制，这说明
大肠杆菌能够耐受一定程度上的 ｌａｃ调控，而 ＣＣＲ作
用的排除反而有可能对生长带来不利。
在葡萄糖和乳糖混合物中，β 半乳糖苷酶的表
达往往被抑制。 Ｄｅｕｔｓｃｈｅｒ 等［１８］分别通过在培养基
中添加异丙基 硫代 β 半乳糖苷（ ＩＰＴＧ）、缺失 ｃｒｒ
基因或过表达 ＬａｃＹ 的方法，均消除该抑制现象。
一些结果还表明在大肠杆菌中，葡萄糖对乳糖利用
的抑制作用更主要是受 ｃＡＭＰ ＣＲＰ 水平的影响。
２ ２ 葡萄糖和麦芽糖
大肠杆菌利用麦芽糖时需要ｍａｌＥ编码的麦芽糖
结合蛋白和多亚基的 ＡＢＣ 转运蛋白 ＭａｌＦＧＫ２ ［２９
－３１］，
该蛋白是由可溶性的ＭａｌＫ亚基与透性酶的 ２个膜结
合亚基 ＭａｌＦ和 ＭａｌＧ紧密结合而形成［３２－３３］。 麦芽糖
结合蛋白（ｍａｌｔｏｓｅ ｂｉｎｄｉｎｇ ｐｒｏｔｅｉｎ，ＭＢＰ）携带麦芽糖
与 ＭａｌＦＧＫ２结合，ＭａｌＫ激活 ＡＴＰ 水解提供能量并将
麦芽糖转运到细胞内［３４－３６］。 麦芽糖和葡萄糖共存
时，非磷酸化的 ＥＩＩＡＧｌｃ结合到麦芽糖转运蛋白 ＭａｌＦ
和 ＭａｌＧ亚基上阻碍麦芽糖进入胞质［３７－３９］。 已有研
究证明了 ＥＩＩＡＧｌｃ和目标蛋白结合位点的生物化学特
性，Ｃｈｅｎ 等［４０］借助 Ｘ 线和晶体学知识首次给出了
Ｅ ｃｏｌｉ中 ＥＩＩＡＧｌｃ和麦芽糖转运蛋白复合体的晶体结
构，是首次以蛋白质晶体结构揭示了 ＣＣＲ的机制。
２ ３ 葡萄糖和木糖
葡萄糖和木糖是木质纤维素水解液的主要成
分。 木糖有独立于葡萄糖的转运和分解代谢途径。
通过大肠杆菌 ＰＴＳ 途径的突变（ｐｔｓＩＨｃｒｒ ／ ｐｔｓＧ）能明
显解除葡萄糖和木糖混合发酵时的二次生长现象。
有研究将大肠杆菌 ＰＴＳ Ｇｌｃ＋突变菌株［４１］培养于均
为 １ ｇ ／ Ｌ的葡萄糖、阿拉伯糖和木糖混合 Ｃ源中，结
果葡萄糖和阿拉伯糖首先被同时消耗，而木糖的利
用被抑制直至葡萄糖和阿拉伯糖耗尽［４２］。
葡萄糖和木糖是木质纤维素水解液的主要成
分，解除碳分解代谢抑制的大肠杆菌工程菌株可用
２１１ 生 物 加 工 过 程 第 １２卷
于以木质纤维素水解液为原料生产乙醇、乳酸和琥
珀酸等生物产品。
但是，大肠杆菌中葡萄糖与木糖间的代谢抑制
机制尚不明确，目前葡萄糖和木糖高效共利用的很
多研究仍以酵母菌为宿主。 尽管微生物利用混合 Ｃ
源发酵的研究进展不断被报道，要想将木质纤维素
原料更广泛地用于微生物的生产发酵还需要进一
步努力。
２ ４ 葡萄糖和甘油
ＥＩＩＡＧｌｃ与甘油激酶（ｇｌｙｃｅｒｏｌ ｋｉｎａｓｅ，ＧＫ）结合阻
碍甘油 ３ 磷酸的产生，甘油 ３ 磷酸是甘油进入
细胞和分解代谢基因表达的诱导剂［４３］。 而 Ｈｏｌｔｍａｎ
等［４３］研究认为，比起 ＥＩＩＡＧｌｃ的阻遏作用，果糖 １，
６ 二磷酸（ＦＢＰ）对甘油激酶的构象的影响才是引
起葡萄糖对甘油代谢抑制作用的最主要因素。 此
外，一些调控因子（如 ＧｌｐＲ）也在一定程度上参与了
ＣＣＲ过程［４４－４６］。
２ ５ 葡萄糖和 β 葡萄糖苷
在大肠杆菌中，有许多 ＰＴＳ 底物的分解代谢受
转录调节因子调控。 ｂｇｌ感应系统调节 β 葡萄糖苷
的代谢抑制作用。 该系统包括一个膜结合的糖感
应器 ／透性酶和一个调控糖代谢基因表达的抗转录
终止因子［４７］。 ｂｇｌ 操纵子包括 ｂｇｌＧ、ｂｇｌＦ 和 ｂｇｌＢ ３
个基因；ＢｇｌＧ 是 １ 个抗转录终止因子，其活性受
ＢｇｌＦ调控；ＢｇｌＦ是催化 β 葡萄糖苷磷酸化和内质
化的 ＰＴＳ透性酶。 当存在 β 葡萄糖苷为唯一 Ｃ 源
时，ＢｇｌＦ将磷酸基团传递给 β 葡萄糖苷并将其内
质化，而 ＨＰｒ 可以将部分磷酸基团传递给 ＢｇｌＧ 使
其处于激活状态，从而能够抗 ｂｇｌ 转录终止［１５，４８］。
当葡萄糖和 β 葡萄糖苷共存时，ＨＰｒ将磷酸基团高
效地传递给 ＥＩＩＡＧｌｃ以供葡萄糖的高效吸收，ＢｇｌＧ 处
于非磷酸化状态（非激活状态），基因 ｂｇｌ 的转录被
提前终止而无法正常表达 β 葡萄糖苷转运蛋白
ＢｇｌＦ，β 葡萄糖苷的吸收受到抑制。 ＰＴＳ 途径中编
码 ＨＰｒ的 ｐｔｓＨ基因的缺失可以使葡萄糖和 β 葡萄
糖苷被共同利用。
３ 混合 Ｃ 源共利用在工程大肠杆菌
中的应用
生物质资源包括农作物、树木等植物及其残体、
畜禽粪便和有机废弃物，其中纤维素类物质占其总量
的 ８０％以上。 这些生物质的水解产物是若干单糖的
混合物，包括葡萄糖、阿拉伯糖和木糖等。 在利用生
物质原料进行生物制造过程中面临一个非常重要的
问题，即在葡萄糖内质化的过程中，除葡萄糖以外的
Ｃ源代谢过程受到消除碳分解代谢抑制作用，共利用
水解液中多种 Ｃ源的方法将会在生物产品的生产中
占有优势，既能缩短发酵时间又能提高目的产物的产
率［３，４９－５１］。 大肠杆菌含有许多糖转运及其代谢途径，
具有利用多种 Ｃ源的能力。 为了使葡萄糖和木糖能
够被共利用，同时利用混合糖进行生物制造，就需要
对大肠杆菌的代谢途径进行工程改造。 主要的方
法［５２］包括：①消除碳分解代谢抑制，②增强葡萄糖的
转运能力，③增加戊糖磷酸途径的活性，④减少不必
要的副产物途径对 Ｃ源的浪费。
最早利用大肠杆菌生产乙醇的研究开始于引
入外源的 ｐｄｃＺｍ和 ａｄｈＢＺｍ ［５３］。 Ｃｏｒｄａｒｏ 等［５４］用磷霉
素筛选出不能转运 ＰＴＳ 糖的突变菌株，并发现这些
突变大多发生在 ｐｔｓＩ基因。 接下来在这些突变株中
筛选出 １株糖耗速率快且能共利用葡萄糖、阿拉伯
糖和木糖（初始质量浓度均各 ３０ ｇ ／ Ｌ）的菌株进行
发酵，结果表明与亲本菌株相比，乙醇产量提高了
２０％。 而后 ｐｔｓＧ 缺陷型菌株被应用于混合 Ｃ 源发
酵生产乙醇的研究中［５５］。 ｐｔｓＧ 的缺失既解除了
ＣＣＲ作用，又能在很大程度上降低乙酸的积累，而
且糖耗尽的时间仅为野生型的一半［５６］。 在该突变
株中转入过表达 ｐｄｃＺｍ和 ａｄｈＢＺｍ′的质粒，以 ＬＢ培养
基中添加各 ４ ｇ ／ Ｌ的葡萄糖和木糖为发酵培养基得
到的乙醇为 ３５ ｇ ／ Ｌ，比野生型提高了 ０ ６％。 随后
有研究在 ＰＴＳ－Ｇｌｃ－菌株中用连续培养的方法筛选
出 ＰＴＳ－Ｇｌｃ＋突变株［４１］，发现当其生长于葡萄糖、阿
拉伯糖和木糖各 １ ｇ ／ Ｌ 的混合 Ｃ 源中时，不但糖耗
速率加快，且发酵结束时发酵液中没有乙酸积累。
Ｎｉｃｈｏｌｓ 等［５５］ 构建了大肠杆菌工程菌株 ＦＢＲ１６
（Ｗ３１１０ΔｐｔｓＧΔｐｆｌΔｆｒｄＡＢＣＤ，并在质粒上过表达来
自运动发酵单胞菌的 ｐｄｃ 和 ａｄｈＢ 基因），发现它能
够从混合糖溶液中稳产乙醇。 厌氧发酵 ７０ ｈ（质量
分数 ３ ７％ 葡萄糖、３ ６％ 木糖和 １ ９％ 阿拉伯糖），
乙醇平均产量为（０ ７５ ± ０ ０１） ｇ ／ （ Ｌ·ｈ），产率为
０ ５１ ｇ ／ ｇ。 这些基因工程改造大肠杆菌能够共利用
混合 Ｃ源，使得以木质纤维素水解液为原料生产乙
醇成为可能。
Ｌ 乳酸是许多工业应用中的化学前体［５７ ］，可
以通过在缺失大肠杆菌丙酮酸甲酸裂解酶（ＰＦＬ）和
乳酸脱氢酶（ＬＤＨ）编码基因的双基因突变菌株中
转入来自牛链球菌的乳酸脱氢酶基因来生产。 为
３１１ 第 １期 张 旭等：大肠杆菌碳分解代谢抑制及混合 Ｃ源共利用的研究进展
了同时利用多种 Ｃ 源生产乳酸，在该工程菌中进一
步敲除了 ｐｔｓＧ 基因。 各以 ５０ ｇ ／ Ｌ 的葡萄糖和木糖
混合 Ｃ源最终发酵得到乳酸产率为 ０ ７７ ｇ ／ ｇ，相比
野生型提高了 ６０％［５８］。 随后 Ｅｉｔｅｍａｎ 等［５９］在发酵
培养基中同时接入 ２ 种菌株 Ｅ ｃｏｌｉ ＡＬＳ１０７３（ ｐｆｌＢ
ｇｌｋ ｐｔｓＧ ｍａｎＺ） （只利用木糖）和 Ｅ ｃｏｌｉ ＡＬＳ１０７４
（ｐｆｌＢ ｘｙｌＡ）（只利用葡萄糖）以同时利用葡萄糖和木
糖来生产乳酸。 与以往的方法不同，这个策略虽然
没有从遗传改造角度解除 ＣＣＲ作用，但完全避免了
同一细胞不同 Ｃ 源间的分解代谢抑制作用对双 Ｃ
源共利用的影响。
为了高效共发酵混合 Ｃ 源生产聚羟基脂肪酸酯
（ＰＨＡ），Ｌｉ等［６０］构建了解除 ＣＣＲ作用的 ＰＴＳ 突变型
大肠杆菌菌株。 Ｅ ｃｏｌｉ ＬＲ１０１０（引入 ｐｈａＣＲｅ和 ｐｈａＡＢＲｅ
基因） 能够共利用葡萄糖和木糖并积累短链 ＰＨＡ，而
Ｅ ｃｏｌｉ ＬＲ１１２０ （引入 ｐｈａＣ１基因）和 ＬＲ１１１０（ＰＴＳ－，并
引入 ｐｈａＣ１基因）则能积累中长链 ＰＨＡ，ＬＲ１１１０还能
共利用葡萄糖和脂肪酸。 半定量逆转录聚合酶链式反
应 （ ｓｅｍｉ⁃ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｒｅｖｅｒｓｅ ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔａｓｅ⁃ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ
ｃｈａｉｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ，ｓｅｍｉ ＲＴ⁃ＰＣＲ）结果表明，ＰＴＳ 途径的改
造解除了对 ｆａｄ基因的抑制作用。
琥珀酸被认为是一种关键的平台化学制剂，具
有许多工业用途。 以野生型大肠杆菌为发酵菌株
时存在明显的碳代谢抑制现象，不利于混合 Ｃ 源的
高效利用以积累琥珀酸。 Ｗａｎｇ 等［６１］首次以玉米秸
秆水解液为原料利用代谢工程 Ｅ ｃｏｌｉ 生产琥珀酸，
在野生型大肠杆菌 Ｗ１４８５ 中敲除了 ｐｔｓＧ、 ｌｄｈＡ 和
ｐｆｌＢ，并转入过表达磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因
（ｐｐｃ）的质粒，最终得到了 ＳＤ１２１ 菌株。 以玉米秸
秆水解液为底物（初始糖质量浓度为 ４４ ｇ ／ Ｌ），以
ＳＤ１２１为发酵菌株，在 ３ Ｌ厌氧发酵罐里发酵 ８４ ｈ，
琥珀酸最终产量为 ３６ ５５ ｇ ／ Ｌ，产率为 ０ ８３ ｇ ／ ｇ（以
混合糖计）。 在有氧 厌氧双阶段发酵中，琥珀酸最
终产量为 ５７ ８１ ｇ ／ Ｌ，产率为 ０ ８７ ｇ ／ ｇ 糖混合物。
比起模式化的混合 Ｃ 源，利用玉米秸秆水解液得到
了更高的琥珀酸产量。 这也说明以可再生生物质
水解液为原料生产琥珀酸具有很好的应用前景。
目前，利用代谢工程改造大肠杆菌以混合 Ｃ 源
为底物进行生物制造的方法正在日趋成熟，除了上
述几种产物，氨基酸和木糖醇等产品也可以通过类
似的方法得以高效积累。 随着基因工程和发酵技
术的发展，利用大肠杆菌工程菌株生产化学产品的
效率逐渐提高。 虽然木质纤维素水解液目前不一
定是积累某一代谢产物的最佳原料，但却是一种通
过生物学手段使可再生生物质资源得以再循环的
有效方法，有着重要的研究意义。
４ 展 望
近年来，大肠杆菌在混合双 Ｃ 源中的代谢抑制
机制日渐明晰，对双 Ｃ源高效共利用的方法也趋于成
熟，但是 ２种以上 Ｃ源同时存在时，大肠杆菌对 Ｃ源
的层级利用顺序还没有一个系统的研究。 或许将来
可以将不同双 Ｃ源共利用的手段联合起来，以应用于
更多 Ｃ源混合物的共利用中。 从现有的许多研究进
展中看到，为了解除 ＣＣＲ作用，对菌株进行改造是一
个有效的方法，而获得 １个 ＰＴＳ－Ｇｌｃ＋突变型菌株是关
键。 目前，主要有 ３种方法：①对 ＰＴＳ－菌株在连续培
养基中进行适应性筛选，筛选培养出既能高效吸收葡
萄糖又能同时利用其他 Ｃ 源的菌株；②在 ＰＴＳ－菌株
中将非 ＰＴＳ途径的 ＧａｌＰ 原启动子替换成强启动子，
或直接将大肠杆菌的 ｇａｌＰ 和 ｇｌｋ 替换成能高效表达
的来自 Ｚ ｍｏｂｉｌｉｓ的同源基因；③在三重突变株（ｍｇｓＡ
ｐｇｉ ｐｔｓＧ）中过表达 ｃｒｐ，从 ｃＡＭＰ⁃ＣＲＰ 水平和诱导物
阻遏 ２个方面的解除 ＣＣＲ作用。 或许可以将不同双
Ｃ源共利用的手段联合起来，应用于更多 Ｃ源混合物
的共利用中。 随着研究者对参与碳分解代谢过程和
特定生物合成途径相关基因的转录组学特性的逐步
揭示及其在遗传改造中的应用，对于 ＣＣＲ 与 ＰＴＳ 相
互关系的认识逐渐全面和深入。 然而，为了扩大对细
胞内过程更全方面的认识，今后还需要对这些改造菌
株的蛋白质组学、代谢组学等特性进行更深入的分析
和探究。
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［３３］ Ｈｕｎｋｅ Ｓ，Ｍｏｕｒｅｚ Ｍ，Ｊéｈａｎｎｏ Ｍ，ｅｔ ａｌ ＡＴＰ ｍｏｄｕｌａｔｅｓ ｓｕｂｕｎｉｔ⁃
ｓｕｂｕｎｉｔ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ ｉｎ ａｎ ＡＴＰ⁃ｂｉｎｄｉｎｇ ｃａｓｓｅｔｔｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ
（ＭａｌＦＧＫ２） ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｓｉｔｅ⁃ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｒｏｓｓ⁃ｌｉｎｋｉｎｇ
［Ｊ］ ．Ｊ Ｂｉｏｌ Ｃｈｅｍ，２０００，２７５（２０）：１５５２６⁃１５５３４
［３４］ Ｍｏｕｒｅｚ Ｍ， Ｈｏｆｎｕｎｇ Ｍ， Ｄａｓｓａ Ｅ Ｓｕｂｕｎｉｔ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ ｉｎ ＡＢＣ
ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒｓ： ａ ｃｏｎｓｅｒｖｅｄ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｉｎ ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｍｅｍｂｒａｎｅ
５１１ 第 １期 张 旭等：大肠杆菌碳分解代谢抑制及混合 Ｃ源共利用的研究进展
ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｏｆ ｐｅｒｉｐｌａｓｍｉｃ ｐｅｒｍｅａｓｅｓ ｄｅｆｉｎｅｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｓｉｔｅ ｏｆ
ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ＡＴＰａｓｅ ｓｕｂｕｎｉｔｓ［Ｊ］ ． ＥＭＢＯ Ｊ， １９９７， １６
（１１）：３０６６⁃３０７７
［３５］ Ｃｈｅｎ Ｊ， Ｓｈａｒｍａ Ｓ， Ｑｕｉｏｃｈｏ Ｆ Ａ， ｅｔ ａｌ Ｔｒａｐｐｉｎｇ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ
ｓｔａｔｅ ｏｆ ａｎ ＡＴＰ⁃ｂｉｎｄｉｎｇ ｃａｓｓｅｔｔｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ： ｅｖｉｄｅｎｃｅ ｆｏｒ ａ
ｃｏｎｃｅｒｔｅｄ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｍａｌｔｏｓｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ［ Ｊ］ ． ＰＮＡＳ，２００１，９８
（４）：１５２５⁃１５３０
［３６］ Ｄｉｅｄｅｒｉｃｈｓ Ｋ，Ｄｉｅｚ Ｊ，Ｇｒｅｌｌｅｒ Ｇ，ｅｔ ａｌ Ｃｒｙｓｔａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＭａｌＫ，
ｔｈｅ ＡＴＰａｓｅ ｓｕｂｕｎｉｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒｅｈａｌｏｓｅ ／ ｍａｌｔｏｓｅ ＡＢＣ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ ｏｆ
ｔｈｅ ａｒｃｈａｅｏｎ Ｔｈｅｒｍｏｃｏｃｃｕｓ ｌｉｔｏｒａｌｉｓ［Ｊ］ ．ＥＭＢＯ Ｊ，２０００，１９（２２）：
５９５１⁃５９６１
［３７］ Ｊｏｌｙ Ｎ，Ｂöｈｍ Ａ，Ｂｏｏｓ Ｗ，ｅｔ ａｌ ＭａｌＫ，ｔｈｅ ＡＴＰ⁃ｂｉｎｄｉｎｇ ｃａｓｓｅｔｔｅ
ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ ｍａｌｔｏｄｅｘｔｒｉｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ，ｉｎｈｉｂｉｔｓ
ｔｈｅ ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎａｌ ａｃｔｉｖａｔｏｒ ＭａｌＴ ｂｙ ａｎｔａｇｏｎｉｚｉｎｇ ｉｎｄｕｃｅｒ ｂｉｎｄｉｎｇ
［Ｊ］ ．Ｊ Ｂｉｏｌ Ｃｈｅｍ，２００４，２７９（３２）：３３１２３⁃３３１３０
［３８］ Ｂöｈｍ Ａ，Ｄｉｅｚ Ｊ，Ｄｉｅｄｅｒｉｃｈｓ Ｋ，ｅｔ ａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ＭａｌＫ，
ｔｈｅ ＡＢＣ ｓｕｂｕｎｉｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｌｔｏｓｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ ｏｆ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ
ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｍａｌ ｇｅｎｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ， ｉｎｄｕｃｅｒ ｅｘｃｌｕｓｉｏｎ， ａｎｄ
ｓｕｂｕｎｉｔ ａｓｓｅｍｂｌｙ［Ｊ］ ．Ｊ Ｂｉｏｌ Ｃｈｅｍ，２００２，２７７（５）：３７０８⁃３７１７
［３９］ Ｄｅａｎ Ｄ Ａ，Ｒｅｉｚｅｒ Ｊ，Ｎｉｋａｉｄｏ Ｈ，ｅｔ ａｌ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｌｔｏｓｅ
ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ ｂｙ ｔｈｅ ｇｌｕｃｏｓｅ⁃ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｅｎｚｙｍｅ
ＩＩＩ ｏｆ ｔｈｅ ｐｈｏｓｐｈｏｅｎｏｌｐｙｒｕｖａｔｅ⁃ｓｕｇａｒ ｐｈｏｓｐｈｏｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ ｓｙｓｔｅｍ：
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｄｕｃｅｒ ｅｘｃｌｕｓｉｏｎ⁃ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｍｕｔａｎｔｓ ａｎｄ
ｒｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｄｕｃｅｒ ｅｘｃｌｕｓｉｏｎ ｉｎ ｐｒｏｔｅｏｌｉｐｏｓｏｍｅｓ［ Ｊ］ ． Ｊ Ｂｉｏｌ
Ｃｈｅｍ，１９９０，２６５（３４）：２１００５⁃２１０１０
［４０］ Ｃｈｅｎ Ｓ， Ｏｌｄｈａｍ Ｍ Ｌ， Ｄａｖｉｄｓｏｎ Ａ Ｌ， ｅｔ ａｌ Ｃａｒｂｏｎ ｃａｔａｂｏｌｉｔｅ
ｒｅｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｌｔｏｓｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ ｒｅｖｅａｌｅｄ ｂｙ Ｘ⁃ｒａｙ
ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｙ［Ｊ］ ．Ｎａｔｕｒｅ，２０１３，４９９：３６４⁃３６８
［４１］ Ｈｅｒｎáｎｄｅｚ⁃Ｍｏｎｔａｌｖｏ Ｖ，Ｖａｌｌｅ Ｆ，Ｂｏｌｉｖａｒ Ｆ，ｅｔ ａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ
ｏｆ ｓｕｇａｒ ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｂｙ ａｎ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ ｍｕｔａｎｔ ｄｅｖｏｉｄ
ｏｆ ｔｈｅ ｐｈｏｓｐｈｏｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ ｓｙｓｔｅｍ［ Ｊ］ ．Ａｐｐｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，
２００１，５７（１ ／ ２）：１８６⁃１９１
［４２］ Ｊｏｊｉｍａ Ｔ，Ｏｍｕｍａｓａｂａ Ｃ Ａ， Ｉｎｕｉ Ｍ，ｅｔ ａｌ Ｓｕｇａｒ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒｓ ｉｎ
ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｘｅｄ ｓｕｇａｒ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ：ｃｕｒｒｅｎｔ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ
ａｎｄ ｏｕｔｌｏｏｋ ［ Ｊ ］ ． Ａｐｐｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ， ２０１０， ８５ （ ３ ）：
４７１⁃４８０
［４３］ Ｈｏｌｔｍａｎ Ｃ Ｋ，Ｐａｗｌｙｋ Ａ Ｃ，Ｍｅａｄｏｗ Ｎ Ｄ，ｅｔ ａｌ Ｒｅｖｅｒｓｅ ｇｅｎｅｔｉｃｓ
ｏｆ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ ｇｌｙｃｅｒｏｌ ｋｉｎａｓｅ ａｌｌｏｓｔｅｒｉｃ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｇｌｕｃｏｓｅ
ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｇｌｙｃｅｒｏｌ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ｖｉｖｏ［ Ｊ］ ． Ｊ Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ，２００１，１８３
（１１）：３３３６⁃３３４４
［４４］ Ｌｉｎ Ｅ Ｃ Ｃ Ｇｌｙｃｅｒｏｌ ｄｉｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ｂａｃｔｅｒｉａ
［Ｊ］ ．Ａｎｎ Ｒｅｖ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ，１９７６，３０（１）：５３５⁃５７８
［４５］ Ｌａｒｓｏｎ Ｔ Ｊ， Ｙｅ Ｓ Ｚ，Ｗｅｉｓｓｅｎｂｏｒｎ Ｄ Ｌ， ｅｔ ａｌ Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｐｒｅｓｓｏｒ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｎ⁃ｇｌｙｃｅｒｏｌ ３⁃ｐｈｏｓｐｈａｔｅ
ｒｅｇｕｌｏｎ ｏｆ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ Ｋ１２［Ｊ］ ．Ｊ Ｂｉｏｌ Ｃｈｅｍ，１９８７，２６２（３３）：
１５８６９⁃１５８７４
［４６］ Ｗｅｉｓｓｅｎｂｏｒｎ Ｄ Ｌ， Ｗｉｔｔｅｋｉｎｄｔ Ｎ， Ｌａｒｓｏｎ Ｔ Ｊ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ
ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇｌｐＦＫ ｏｐｅｒｏｎ ｅｎｃｏｄｉｎｇ ｇｌｙｃｅｒｏｌ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ
ｆａｃｉｌｉｔａｔｏｒ ａｎｄ ｇｌｙｃｅｒｏｌ ｋｉｎａｓｅ ｏｆ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ Ｋ⁃１２［ Ｊ］ ．Ｊ Ｂｉｏｌ
Ｃｈｅｍ，１９９２，２６７（９）：６１２２⁃６１３１
［４７］ Ａｍｓｔｅｒ⁃Ｃｈｏｄｅｒ Ｏ Ｔｈｅ ｂｇｌ ｓｅｎｓｏｒｙ ｓｙｓｔｅｍ： ａ ｔｒａｎｓｍｅｍｂｒａｎｅ
ｓｉｇｎａｌｉｎｇ ｐａｔｈｗａｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎａｌ ａｎｔｉｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ［ Ｊ］ ．
Ｃｕｒｒ Ｏｐｉｎ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ，２００５，８（２）：１２７⁃１３４
［４８］ Ｇöｒｋｅ Ｂ，Ｒａｋ Ｂ Ｃａｔａｂｏｌｉｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ
ｐｒｏｔｅｉｎ ＢｇｌＧ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｂｙ ａｎｔａｇｏｎｉｓｔｉｃａｌｌｙ ａｃｔｉｎｇ ｐｈｏｓｐｈｏｒｙｌａｔｉｏｎｓ
［Ｊ］ ．ＥＭＢＯ Ｊ，１９９９，１８（１２）：３３７０⁃３３７９
［４９］ Ｃｈｉａｎｇ Ｃ Ｊ， Ｌｅｅ Ｈ Ｍ，Ｇｕｏ Ｈ Ｊ， ｅｔ ａｌ Ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ
ｅｎｇｉｎｅｅｒ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ ｐａｔｈｗａｙｓ ｆｏｒ ｃｏ⁃ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｇｌｕｃｏｓｅ⁃
ｘｙｌｏｓｅ ｍｉｘｔｕｒｅ ［ Ｊ ］ ． Ｊ Ａｇｒｉｃ Ｆｏｏｄ Ｃｈｅｍ， ２０１３， ６１ （ ３１ ）：
７５８３⁃７５９０
［５０］ Ｍａｌｈｅｒｂｅ Ｓ， Ｃｌｏｅｔｅ Ｔ Ｅ Ｌｉｇｎｏｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ：
ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［ Ｊ］ ．Ｒｅｖ Ｅｎｖｉｒｏｎ Ｓｃｉ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，
２００２，１（２）：１０５⁃１１４
［５１］ Ｋｅａｓｌｉｎｇ Ｊ Ｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｍｅｔａｂｏｌｉｃ
ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｊ］ ．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１０，３３０：１３５５⁃１３５８
［５２］ Ｙａｏ Ｒ，Ｈｉｒｏｓｅ Ｙ，Ｓａｒｋａｒ Ｄ，ｅｔ ａｌ Ｃａｔａｂｏｌｉｃ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ
Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｒｐ，ｍｌｃ，ｍｇｓＡ，ｐｇｉ ａｎｄ ｐｔｓＧ ｍｕｔａｎｔｓ［ Ｊ］ ．
Ｍｉｃｒｏｂ Ｃｅｌｌ Ｆａｃｔ，２０１１，１０：６７ ｄｏｉ：１０ １１８６ ／ １４７５⁃２８５９⁃１０⁃６７
［５３］ Ｌｉｎｄｓａｙ Ｓ Ｅ， Ｂｏｔｈａｓｔ Ｒ Ｊ， Ｉｎｇｒａｍ Ｌ Ｏ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｔｒａｉｎｓ ｏｆ
ｒｅｃｏｍｂｉｎａｎｔ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ ｆｏｒ ｅｔｈａｎｏｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｓｕｇａｒ
ｍｉｘｔｕｒｅｓ［Ｊ］ ．Ａｐｐｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，１９９５，４３（１）：７０⁃７５
［５４］ Ｃｏｒｄａｒｏ Ｊ Ｃ，Ｍｅｌｔｏｎ Ｔ，Ｓｔｒａｔｉｓ Ｊ Ｐ，ｅｔ ａｌ Ｆｏｓｆｏｍｙｃｉｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：
ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｉｎｔｅｒｎａｌ ａｎｄ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｄｅｌｅｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ
ｐｈｏｓｐｈｏｅｎｏｌｐｙｒｕｖａｔｅ： ｓｕｇａｒ ｐｈｏｓｐｈｏｔｒａｎｓｆｅｒａｓｅ ｇｅｎｅｓ ｏｆ
Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ ｔｙｐｈｉｍｕｒｉｕｍ［Ｊ］ ．Ｊ Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ，１９７６，１２８（３）：７８５⁃７９３
［５５］ Ｎｉｃｈｏｌｓ Ｎ Ｎ，Ｄｉｅｎ Ｂ Ｓ，Ｂｏｔｈａｓｔ Ｒ Ｊ Ｕｓｅ ｏｆ ｃａｔａｂｏｌｉｔｅ ｒｅｐｒｅｓｓｉｏｎ
ｍｕｔａｎｔｓ ｆｏｒ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｇａｒ ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｔｏ ｅｔｈａｎｏｌ ［ Ｊ］ ． Ａｐｐｌ
Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，２００１，５６（１ ／ ２）：１２０⁃１２５
［５６］ Ｋａｎｇ Ｚ，Ｇｅｎｇ Ｙ，Ｋａｎｇ Ｊ，ｅｔ ａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ ｆｏｒ ａｎ
ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｅｒｏｂｉｃ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ ［ Ｊ］ ． Ｊ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ， ２００９，
１４４（１）：５８⁃６３
［５７］ Ｊａｒｖｉｓ Ｌ Ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ ｏｕｔｌｏｏｋ ｕｐ ａｓｐｏｌｙｌａｃｔｉｄｅ ｎｅａｒｓ ｍａｒｋｅｔ ［ Ｊ］ ．
Ｃｈｅｍ Ｍａｒｋｅｔ Ｒｅｐ，２００１，２５９（９）：５⁃１４
［５８］ Ｄｉｅｎ Ｂ Ｓ， Ｎｉｃｈｏｌｓ Ｎ Ｎ， Ｂｏｔｈａｓｔ Ｒ Ｊ Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｇａｒ
ｍｉｘｔｕｒｅｓｕｓｉｎｇ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ ｃａｔａｂｏｌｉｔｅ ｒｅｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｕｔａｎｔｓ
ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ ｆｏｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｌ⁃ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ ［ Ｊ］ ． Ｊ Ｉｎｄ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ
Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，２００２，２９（５）：２２１⁃２２７
［５９］ Ｅｉｔｅｍａｎ Ｍ Ａ，Ｌｅｅ Ｓ Ａ，Ａｌｔｍａｎ Ｒ，ｅｔ ａｌ Ａ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ⁃ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏ⁃
ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｗｉｔｈ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ ｐｒｏｄｕｃｅｓ ｌａｃｔａｔｅ ｂｙ
ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ ｃｏｎｓｕｍｉｎｇ ｘｙｌｏｓｅ ａｎｄ ｇｌｕｃｏｓｅ［Ｊ］ ． Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ
Ｂｉｏｅｎｇ，２００９，１０２（３）：８２２⁃８２７
［６０］ Ｌｉ Ｒ，Ｃｈｅｎ Ｑ，Ｗａｎｇ Ｐ Ｇ，ｅｔ ａｌ Ａ ｎｏｖｅｌ⁃ｄｅｓｉｇｎｅｄ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ
ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｐｏｌｙｈｙｄｒｏｘｙａｌｋａｎｏａｔｅｓ ｆｒｏｍ
ｉｎｅｘｐｅｎｓｉｖｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｍｉｘｔｕｒｅ ［ Ｊ］ ． Ａｐｐｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，
２００７，７５（５）：１１０３⁃１１０９
［６１］ Ｗａｎｇ Ｄ，Ｌｉ Ｑ，Ｙａｎｇ Ｍ， ｅｔ ａｌ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｃｃｉｎｉｃ
ａｃｉｄ ｆｒｏｍ ｃｏｒｎ ｓｔａｌｋ ｈｙｄｒｏｌｙｓａｔｅｓ ｂｙ ａ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｎｔ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ
ｃｏｌｉ ｗｉｔｈ ｐｔｓＧ ｍｕｔａｔｉｏｎ ［ Ｊ］ ． Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｂｉｏｃｈｅｍ， ２０１１， ４６ （ １）：
３６５⁃３７１
（责任编辑 荀志金）
６１１ 生 物 加 工 过 程 第 １２卷