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Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae)의 발효 대사 경로를 나타내는 개략도. 포도당과 아세트산의 대사 흐름, 주요 효소의 역할, 유전자 변형 표적, 글리세롤 대사 조절에 초점을 맞춘다. 핵심 메커니즘은 다음 주요 구성 요소를 포함한다: 자연 대사 경로 (검은색 라벨): 포도당이 해당과정 경로 (HXK, PGI, PFK 등의 효소 포함)를 통해 피루브산으로 전환되고, 이후 아세트알데히드와 에탄올로 전환되는 (ADH 및 PDC 효소에 의해 촉매됨) 핵심 과정을 제시한다. 또한 글리세롤의 자연 합성 경로를 명확히 정의한다. G-3-P (글리세르알데히드-3-인산)는 GPD1 (NAD 의존성 글리세롤-3-인산 탈수소 효소 1)에 의해 촉매되어 글리세롤-3-인산을 생성하고, 이는 GPP (글리세롤-3-인산 포스파타제)에 의해 탈인산화되어 글리세롤을 생성한다. 또한 PDH 우회를 통해 아세트산이 아세틸-CoA를 생성하는 고유 대사 과정을 나타낸다. 유전자 변형 표적 (노란색 타원 + 빨간색 X 표시): GPD1, ALD6, NDE1, NDE2의 네 유전자가 순차적으로 녹아웃됨을 명시한다. GPD1의 녹아웃은 자연 글리세롤 합성의 핵심 단계를 직접적으로 차단하여 글리세롤 합성의 NADH 소비를 줄인다. ALD6 녹아웃은 아세트산 무익 회로를 끊고, NDE1/NDE2 녹아웃은 미토콘드리아 NADH 산화를 제한한다. 이 셋은 시너지 효과를 내어 세포 내 NADH를 풍부하게 하여 에탄올 합성을 지원한다. 이종 효소 도입 (노란색 타원 위의 빨간색 라벨): Salmonella enterica에서 유래한 NADH 의존성 아세틸화 아세트알데히드 탈수소 효소 (SeEutE)의 통합 부위를 보여준다. 이 효소는 아세틸-CoA에서 아세트알데히드 및 에탄올로의 전환을 매개하여 아세트산의 시너지적 활용을 달성하고, 유지된 GPD2 (녹아웃되지 않음)와 함께 NADH 산화 균형을 형성하여 글리세롤 합성의 완전한 차단으로 인한 삼투압 불균형을 방지한다. 주요 대사 노드 라벨링: 아세트산 무익 회로 (파란색 사각형으로 강조 표시)를 강조 표시하여 글리세롤의 합성을 자연 발효 부산물로 명확하게 제시하고, 변형 후 대사 흐름의 방향 전환을 보여준다. 포도당 대사 중간체 (F6-P, F1,6-DP, G-3-P 등), 최종 산물 (에탄올, 글리세롤) 및 보조 효소 (NAD/NADH)의 흐름 관계를 명확히 하여 변형 후 "글리세롤 생산 감소 및 에탄올 수율 증가"의 핵심 논리와 산화 환원 균형 조절과 발효 효율 최적화 간의 연관 메커니즘을 설명한다.