2.2ピルビン酸デカルボキシラーゼと基質の供給

上記のように、PDCはl-PACの産生を担う酵素である。 ＰＤＣは、通常、二量体または四量体のいずれかとして存在することが見出され、活性ＰＤＣホロ酵素は一般に四量体として存在し、一方、アポ酵素は二量体とし 二量体および四量体の形態の存在は、ｐＨ依存性である。 酵母では、PDCはpH5.5〜6の範囲の四量体としてのみ存在することが報告されている。5、9.5までのpH値で四量体および二量体の両方として、およびphのみで二量体として>9.5(Pohl,1997)。 しかし、Hohmann(1997)は、pH8.4の二量体の形態でのみPDCの存在を報告している。 Ｚ．ｍｏｂｉｌｉｓ由来のＰＤＣは、四量体の形態でのみ存在することが見出されている（Ｐｏｈｌ，１ ９ ９ ７）。 PDCサブユニットは以前は異なる組成を持つと考えられていましたが、現在では同一であることが知られています（Hohmann、1997）。Saccharomyces cerevisiaeでは合計六つのPDC遺伝子が同定されており、そのうち三つは構造遺伝子（PDC1、PDC5およびPDC6）であり、残りの三つはPDCの発現に関連する遺伝子（PDC2、PDC3、PDC4）であると考えられている（Flikweert et al. ら，１ ９ ９ ６；Ｈｏｈｍａｎｎ，１ ９ ９ ７；Ｐｏｈｌ，１ ９ ９ ７；ｔｅｒ Ｓｃｈｕｒｅら，１ ９ ９ ８．, 1998). ＰＤＣをコードする単一の構造遺伝子が、Ｚ．ｍｏｂｉｌｉｓ（Ｐｏｈｌ，１ ９ ９ ７）に同定されている。 この分野での研究の大部分はs.cerevisiaeで行われているように見えるが、Pdcの遺伝子はCandida utilisを含まない多くの酵母種で同定されている。 Flikweertと共同研究者は、全体的なPDC活性におけるアイソザイムのそれぞれの役割を評価するための研究に着手し、S.cerevisiaeにおけるアイソザイムのそれぞれの 炭素基質としてエタノールまたはグルコースのいずれかを用いたバッチ培養を用いて、PDC1は構成的に発現し、pdc5はグルコースの存在下で誘導された。 PDC6は重要ではないレベルで存在していた。 これらの知見は、pdc1とPDC5のみがグルコース成長バイオマスのために、それぞれ、これら二つの遺伝子に起因する総PDC活性の80-90％と10-20％で、糖異化に明らか

アセトインの生産に加えて、S.cerevisiae PDCは、アルコール飲料やパンに存在する香味化合物であるフーゼル油の生産に関与していることが判明している。 フーゼル油は、芳香族アミノ酸に由来する分岐鎖2-オキソ酸の脱炭酸によって生成される。 生成物はその後、アルコールデヒドロゲナーゼ（ADH）によって脱水素される。 ２−オキソ酸によるＰＤＣの活性は、ピルビン酸の活性よりも有意に低い（ｔｅｒ Ｓｃｈｕｒｅ ｅ ｔ ａ ｌ．, 1998). 新規アルデヒド類縁体の生成については、この章の後半で議論されている。PDC活性は、培養物に供給される曝気の程度および培地中の炭水化物基質の選択の両方によって誘導および操作することができる。

PDC活性は、培養物に供給される曝気の程度および培地中の炭水化物基質の選択の両方によって誘導および操作することができる。 PDCの活動は嫌気性の条件の下でだけ解糖流束を可能にするように要求されます;従って、通気の減少はPDCの誘導で起因するべきです。 Sims and co-workers(1991)and Rogers et al. (1997)は、酸素濃度が低下するとC.utilis PDC活性の増加が起こることを実証している。 このような応答は、ｌ−ＰＡＣの製造に非常に有益である。 しかし、研究者の両方のグループは、不要な副産物の生成を担うADHの活性が、嫌気性または部分的に嫌気性条件下でPDCの活性を超えることを見出した。 酵母の生理学に対する曝気条件の影響は、この章の後半で説明されています。

炭水化物源によるPDC活性の誘導は、関与する酵母種および供給される炭水化物源に依存する。

炭水化物源によるPDC活性の誘導は、 グルコースは、解糖酵素、特にPDCを誘導することができる1つの基質である。 多くの労働者は、グルコースの培養物への添加がPDC活性のレベルの増加をもたらすことを実証している。 Maitra and Lobo(1971)は、saccharomyces sppにパルスとしてグルコースを添加することを見出した。 培養は，ｐｄｃを含む解糖酵素の産生を短い遅れ期間後に増加させた。 成長に使用した培地は炭水化物を含まず、酢酸塩を炭素源として使用した。 同様に、ＳｃｈｍｉｔｔおよびＺｉｍｍｅｒｍａｎ（１ ９ ８ ２）は、グルコースを唯一の炭水化物源としてエタノール上で増殖させた振盪フラスコ培養物に添加した後、Ｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅのＰＤＣ活性の１ ８倍の増加を示 これらの結果は、Ｈａｒｒｉｓｏｎ（１ ９ ７ ２）およびＳｉｍｓらの結果と一致する。 (1991). Ｓｉｍｓおよび共同研究者はまた、ＰＤＣ活性化の可逆的性質を実証した。 彼らは、嫌気性条件下で、グルコースを奪われたとき（グルコースを含まない培地中でバイオマスを遠心分離して再懸濁させることによって）、C.utilisのPDC活性が50％減少したことを示した。 ＰＤＣ活性は嫌気条件下で培地にグルコースを添加することによって回復したが，グルコース補給に加えて培養を曝気した場合，ＰＤＣ活性に変化はなかった。 このような酵素活性化は、すべての炭水化物タイプに対して起こるわけではない。 Kluyver効果を与える配糖体上で酵母種を嫌気的に増殖させると、PDC活性は、嫌気的に代謝され得るグルコースなどの配糖体と比較して低下する（Sims and Barnett,1991）。 彼らの研究の結果、彼らは、PDC活性が嫌気性条件下で速度制限である可能性があることを見出した。 この発見はvan Urk et al.の発見と一致している。 (1989).PDCは基質-ピルビン酸活性化酵素である（Hubner et al. ら、１ ９ ７ ８；Ｈｏｈｍａｎｎ、１ ９ ９ ７）、これは無機リン酸塩によってもアロステリックに阻害される（Ｂｏｉｔｅｕｘ ａｎｄ Ｈ Ｅｓｓ、１ ９ ７ ０）。 Boiteuxとヘスは、無機リン酸塩の非存在下で1.3mmから約11mM100mmリン酸塩の存在下でs.carlsbergensisから精製されたPdcのミカエリス定数（Km）の増加を報告した。 阻害効果は本質的に競合的であると決定され、Ｋｍの変動は酵素の最大活性に影響を及ぼさなかった。 りん酸塩による阻害に対するＰＤＣの感受性は，ピルビン酸塩による活性化に対する感受性と同じ大きさであることが決定された。

Saccharomyces spp. そしてC.utilisはl-PACの生産のために一般的です; しかし、初期の研究では、酵素活性を直接比較することはほとんど行われていなかった。 Ｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅおよびＣ．ｕｔｉｌｉｓのＰｄｃを、ｖａｎ ＤｉｊｋｅｎおよびＳｃｈｅｆｆｅｒｓ（１ ９ ８ ６）およびｖａｎ Ｕｒｋ ｅ ｔ ａ ｌ． (1989). 彼らは、s.cerevisiaeからのPDCの活性は、c.utilisからのPDCの約八倍であったが、前者からのPDCはリン酸による阻害に対してより敏感であることが決定された。 リン酸塩に関しては、C.utilisからのPDCは、S.carlsbergensisからのものと同様のKm値、すなわち3を示した。リン酸塩の非存在下で6mm、および100mmリン酸塩の存在下で11mm。 対照的に、S.cerevisiaeからのPDCは、リン酸塩の非存在下で3.0ミリメートルと48ミリメートル100ミリメートルリン酸塩の存在下でのKm値を示した。 その結果、リン酸塩の利用可能性は、PDCの活性およびしたがってPDCの生産性において重要な役割を果たす。 リン酸塩のサイトゾル濃度の減少とピルビン酸濃度の増加の組み合わせは、van Urkらによって提案された。 (1989)グルコースで培養物をパルス化した後のPDC活性の増加に寄与する因子として。 オリバーらによって使用されるプロセス。 (1997)は、発酵の途中で糖蜜で脈打つことを含み、したがって、PDC活性の同様の増加は、おそらく最も結果として生じたであろう。

ロジャースと同僚によって重要な作業が行われている（Chow et al. ら、１ ９ ９ ５；ＳｈｉｎおよびＲｏｇｅｒｓ、１ ９ ９ ６ａ；Ｒｏｇｅｒｓ ｅ ｔ ａ ｌ． Ｃ．ｕｔｉｌｉｓ由来のＰＤＣの速度論を、精製された形態および全細胞の両方で評価することを目的とする、１ ９ ９ ７）。 彼らはバッチ培養で成長した後、全体、静止相バイオマスの0.85–0.9U/mgタンパク質のPDC活性を記録しました。 部分精製後、Ｃｈｏｗ ｅ ｔ ａ ｌ． (1995)は、市販のPDCと同等であった4.8U/mgタンパク質へのPDC活性の増加を記録した。 Ｐｏｈｌ（１ ９ ９ ７）は、酵母および植物から精製されたＰＤＣについて、４ ５〜６ ０Ｕ／ｍｇの範囲の比活性を達成することができることを示唆している。

Rogers et al. (1997)は、C.utilisから精製されたPDCのための多くの速度論的パラメータを報告した。 ベンズアルデヒドとピルビン酸のKm値は、それぞれ42mm（4°C、pH7.0）と2.2mm（25°C、pH6.0）であり、飽和条件を与えるために必要な10mmピルビン酸を超える濃度であった。 基質阻害は180ミリメートル（19.1g/l）を超えるベンズアルデヒド濃度で明らかであったが、アセトアルデヒドの阻害定数（Ki）は、約20ミリメートルであった。

Chow et al. (1995)ベンズアルデヒドによるPDCの不活性化の速度論を決定するための研究を引き受けた。 しかし、応答は100と300mmの間のベンズアルデヒド濃度の時間に直線的に関連していませんでした。ｌ−ＰＡＣの生産に関する多くの研究において、ＰＤＣはｌ−ＰＡＣ生産を制限する因子ではないことが見出されている（Ｖｏｊｔｉｓｅｋ ａｎｄ Ｎｅｔｒｖａｌ，１ ９ ８ ２；Ｓｈｉｎ ａｎｄ Ｒｏｇｅｒｓ，１ ９ ９ ６ａ；Ｔｒｉｐａｔｈｉ ｅ ｔ ａ ｌ．，１ ９ ９ ８，１ ９ ９ ９，１ ９ ９ ９，１ ９ ９ ９，１ ９ ９ ９，１ ９ ９ ９，１ ９ ９ ９，１ ９ ９ ９，１ ９ ９ ９，１ ９ ９ ９，１ ９ ９ ９）。,1997)いくつかのPDC活性は発酵の終わりに残っていたので. むしろ、Tripathiおよび同僚（1997）およびVojtisekおよびNetrval（1982）の両方は、培地中のピルビン酸塩濃度が低いことが収率が限られていることを見出した。 解糖酵素は、Tripathiおよび同僚、およびNikolovaおよびWard（1991）の両方によって潜在的に速度制限として関与していた。

上記の情報に基づいて、Oliver et al. （1997）（セクション4を参照）は、l-PACの生産に非常に助長しているように見えます。 ピルビン酸はかなりの量で存在し、Hohmann(1997)によれば、ピルビン酸脱水素酵素の能力はPDCのそれと比較して制限されており、それによって唯一の代替経路を介 さらに、バイオマスには、還元された曝気と組み合わせて炭水化物が補充される。 シムズとバーネットの仕事(1991)とシムズら. （１ ９ ９ １）は、これら２つの条件の組み合わせがＰＤＣの誘導を助長することを示している。