Prompt-Beschreibung

Ein schematisches Diagramm, das den Fermentationsstoffwechselweg von Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) veranschaulicht, mit Fokus auf den Stoffwechselfluss von Glukose und Essigsäure, die Rolle von Schlüsselenzymen, genetische Modifikationsziele und die Regulation des Glycerinstoffwechsels. Die Kernmechanismen umfassen die folgenden Schlüsselkomponenten: Natürliche Stoffwechselwege (schwarze Beschriftungen): Präsentiert den Kernprozess der Umwandlung von Glukose in Pyruvat über den Glykolyseweg (unter Beteiligung von Enzymen wie HXK, PGI, PFK), das dann in Acetaldehyd und Ethanol umgewandelt wird (katalysiert durch ADH- und PDC-Enzyme). Es definiert auch klar den natürlichen Syntheseweg von Glycerin – G-3-P (Glyceraldehyd-3-phosphat) wird durch GPD1 (NAD-abhängige Glycerin-3-phosphat-Dehydrogenase 1) katalysiert, um Glycerin-3-phosphat zu produzieren, das dann durch GPP (Glycerin-3-phosphat-Phosphatase) dephosphoryliert wird, um Glycerin zu produzieren, sowie den nativen Stoffwechselprozess der Essigsäure, die über den PDH-Bypass Acetyl-CoA erzeugt. Genetische Modifikationsziele (gelbes Oval + rotes Kreuz): Spezifiziert die vier Gene, die sequenziell ausgeschaltet werden: GPD1, ALD6, NDE1 und NDE2. Der Knockout von GPD1 blockiert direkt den Schlüsselschritt in der natürlichen Glycerinsynthese und reduziert den NADH-Verbrauch in der Glycerinsynthese; ALD6-Knockout unterbricht den Essigsäure-Leerlaufzyklus, und NDE1/NDE2-Knockout beschränkt die mitochondriale NADH-Oxidation. Die drei reichern synergistisch intrazelluläres NADH an, um die Ethanolsynthese zu unterstützen. Heterologe Enzymeinführung (rote Beschriftung auf gelbem Oval): Zeigt die Integrationsstelle der NADH-abhängigen acetylierenden Acetaldehyd-Dehydrogenase (SeEutE) aus Salmonella enterica. Dieses Enzym vermittelt die Umwandlung von Acetyl-CoA in Acetaldehyd und Ethanol, wodurch eine synergistische Nutzung von Essigsäure erreicht wird, und bildet ein NADH-Oxidationsgleichgewicht mit dem beibehaltenen GPD2 (nicht ausgeschaltet), wodurch ein osmotisches Ungleichgewicht vermieden wird, das durch eine vollständige Blockade der Glycerinsynthese verursacht wird. Schlüssel-Stoffwechselknoten-Beschriftung: Hebt den Essigsäure-Leerlaufzyklus hervor (hervorgehoben in blauen Quadraten) und stellt den Syntheseweg von Glycerin als natürliches Fermentationsnebenprodukt und die Umleitung des Stoffwechselflusses nach der Modifikation klar dar; verdeutlicht die Flussbeziehungen von Glukosestoffwechsel-Zwischenprodukten (F6-P, F1,6-DP, G-3-P usw.), Endprodukten (Ethanol, Glycerin) und Coenzymen (NAD/NADH) und erläutert die Kernlogik der "Reduzierung der Glycerinproduktion und Erhöhung der Ethanolausbeute" nach der Modifikation sowie den Assoziationsmechanismus zwischen Redox-Balance-Regulation und Fermentationseffizienzoptimierung.