作为微生物源天然食品着色剂,红曲红色素已经实现工业化生产,但基于遗传稳定的红曲霉菌株缺乏及其在相关生物加工过程中红曲黄色素合成代谢调控机制不清楚,导致蛋白着色能力强、稳定性好以及具有健康功效的红曲黄色素至今未实现工业化生产。本研究基于12C6+重离子束辐照诱变后获得单产胞外黄色素的红曲突变菌株BWY-5(Monascus purpureus BWY-5)为研究对象,采用组学(转录组和蛋白组)和现代酶学研究手段,分析该菌在单产胞外黄色素的生物加工过程中的能量代谢变化,探讨其能量代谢的变化规律及其与胞外黄色素代谢合成之间的关系,进而阐明红曲突变菌株BWY-5单产胞外黄色素的能量代谢调控机制。具体如下:1、基于糖酵解途径、糖异生途径和三羧酸循环,阐明了红曲突变菌株BWY-5能量代谢调控机制。红曲突变菌株BWY-5中糖酵解途径中基因和蛋白表达下调,但己糖激酶和磷酸果糖激Video bio-logging酶活性提高,促进了糖酵解途径的进行;糖异生途径和三羧酸循环由于基因和蛋白的正向调控,提高了相关酶活性,促进三羧酸循环的进行,提高了丙酮酸和草酰乙酸的含量,为菌体生长和色素合成提供能量和前体物质。通过分析基因和蛋白水平,磷酸果糖激酶的基因可能是抑制糖酵解途径的关键基因;磷酸烯醇丙酮酸羧激酶和丙酮酸羧化酶的基因可能是增强糖异生途径的关键基因;柠檬酸合酶、琥珀酸CoA连接酶[ADP]亚基、琥珀酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶、异柠檬酸CL13900试剂脱氢酶[NAD]亚基等基因可能是促进三羧酸循环的关键基因。2、通过分析线粒体呼吸链的能量代谢的变化,阐明了其代谢调控胞外黄色素合成的机制。红曲突变菌株BWY-5提高了线粒体呼吸链复合体相关基因和蛋白表达水平,但由于复合体Ⅰ酶活性降低,使菌体主要以琥珀酸氧化呼吸链为主,产生大量ATP,菌体通过提高ATP酶活力利用ATP,使菌体能保持正常生长,提高其生物量,有利于黄色素的积累。此外,菌体通过改变NAD+/NADH和NADP+/NADPH比值,为黄色素的生成提供还原力。通过分析基因和蛋白水平,发现NADH:泛醌氧化还原酶、细胞色素b-c1复合体亚基7、细胞色素c氧化酶亚基5、ATP合酶4、ATP合酶6等基因可能是影响氧化磷酸化途径的关键基因。3、通过分析氨基酸对红曲突变菌株BWY-5代谢合成黄色素的影响,基于能量角度阐明了氨基酸对胞外黄色素合成的调控机制。首先,以13种氨基酸为氮源;发现生糖氨基酸有利于红曲黄色素的生此网站成,而生糖兼生酮氨基酸不利于红曲黄色素的生成。其次,选取其中7种氨基酸为氮源;分析它们对红曲霉能量代谢的影响,发现大部分氨基酸的添加抑制了红曲突变菌株BWY-5的线粒体呼吸链。菌体正常生长所需的能量、黄色素的合成所需的前体物质和黄色素生成所需的还原力主要来源于底物水平磷酸化途径。己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶可能是影响红曲突变菌株BWY-5能量代谢的关键酶。