1 研究背景 任何生物系统都需要通过体内的氧化还原平衡维持生长和代谢，在这个过程中，氧化还原辅因子通过参与了大量的生物合成反应，为维持胞内氧化还原平衡起着重要作用，如最重要的氧化还原辅因子NAD ，调控超过300个氧化还原反应。

在工业微生物细胞工厂的应用中，生物基大宗产品如有机酸、氨基酸的生物合成过程不仅涉及到物质的转换，也涉及到辅酶的平衡。

不同的中心碳代谢过程，辅酶的供需不同，如发酵生产丁二酸需要较多的NADH，赖氨酸发酵过程需要NADPH等。

NADH和NADPH是细胞重要的还原力，参与了一系列生物分子的合成过程，在具有这些代谢产物合成能力的菌株中，通过提高NADH和NADPH的供应，能促进产物的合成，优化菌株的性能。

以细胞内NADPH为例，其主要供应渠道是NADP 依赖性氧化还原酶和NAD激酶，其中细胞内最重要的NADP 依赖性氧化还原酶主要存在于磷酸戊糖途径（HMP），它们利用氧化态辅酶Ⅱ（NADP ）作为电子受体生成还原态辅酶Ⅱ（NADPH），NAD激酶则催化辅酶Ⅰ发生磷酸化生成辅酶Ⅱ。

①通过 HMP 途径补充 NADPH 磷酸戊糖途径是合成还原力NADPH的主要途径，该途径中6-磷酸葡萄糖脱氢酶（由zwf基因编码）和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶（由gnd基因编码）是NADP 依赖性的酶，而糖酵解途径的磷酸葡萄糖异构酶（由pgi基因编码）则会消耗该途径的第一步底物6-磷酸葡萄糖，对HMP途径的改造围绕这三个基因开展。

很多氨基酸的合成都依赖于NADPH为辅酶，比如合成1分子L-赖氨酸需要4分子的NADPH，通过改善磷酸戊糖途径的代谢通量来供应NADPH是提高氨基酸合成的有效手段。

2005年，Ohnishi等在谷氨酸棒杆菌AHP-3中表达解除多种代谢物变构抑制的突变的6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶基因gndS361F，将碳流量引向戊糖磷酸通路，增加了NADPH的供应，提高了L-赖氨酸产量；2007年，Becker等也对gnd基因进行改造来高产L-赖氨酸。

2005年，Georgi等在谷氨酸棒杆菌DM1730中表达解除反馈抑制的突变的zwfA243T提高了L-赖氨酸产量。

2003年，Marx等弱化了谷氨酸棒杆菌MH20-22B的磷酸葡萄糖异构酶（由pgi基因编码）的活性，来提高NADPH合成途径的流量，促进了L-赖氨酸的合成。