文 献 综 述

海藻糖作为一种非还原性二糖，在自然界中广泛存在。其对生物膜和蛋白质等大分子有独特的保护作用^[1]。UDP#8212;葡萄糖作为海藻糖的前体物质，其合成是由UDP#8212;葡萄糖的合成基因UGP1控制的。此外，UDP#8212;葡萄糖也是其他代谢途径中的关键代谢物，尤其在碳水化合物中起到了重要作用^[2]。目前关于UGP1与酵母的抗性的报道较少，仅报道了其在氧化应激条件下对酵母具有保护作用。因此，对UGP1基因在其他胁迫条件下的研究可为改造酵母提供一定的理论依据，并可大大减少生物乙醇的生产成本^[3]。

一、UGP1的介绍

海藻糖作为一种非还原性二糖，在自然界中广泛存在。其对生物膜和蛋白质等大分子有独特的保护作用^[4]。在食品、医药、化妆品等多个领域中都有广泛的发展空间。海藻糖在化妆品中的功效：降低冰点。降低水相的凝固点，这样可以大大提高产品低温的稳定性。海藻糖在食品方面应用广泛：海藻糖对生物活性物质具有重要的抗逆保鲜作用,许多生物体在逆境如脱水、干旱、高温、冷冻、高渗透压及有毒试剂等条件下都能通过体内调节增加海藻糖的含量来抵御外界不良的伤害^[5]。在酿酒酵母中，碳水化合物的存贮主要存在2种形式：糖原和海藻糖。虽然这两种碳水化合物都被认为是酵母的能量储存库，但最近的研究揭示了它们的新的生物学功能。例如，糖原水平对酵母的整体稳定性有很大的贡献。在传统生产的啤酒中，发酵过程是最耗费时间的一步,这大约需要1 - 2周之前进入成熟期。因此,现代发酵科学和技术的一个重要目标是减少发酵时间,从而使大节省时间和金钱^[6]。形成的脂质所需的能量来源于糖原的分解,其中最重要的储碳水化合物的酵母。因此,糖原含量酵母发酵效能的关键因素，当最大的糖原水平达到主发酵结束时，糖原为细胞提供能量，使其能在存储阶段之间种植。此外，海藻糖在胁迫条件下对酵母也有一定的保护作用^[7]。目前关于海藻糖对耐热情况下酵母的保护作用存在3种假说：①海藻糖本身作用：hottiger等认为，海藻糖与蛋白表面亲水基团结合，抑制蛋白质疏水基团的暴露，进而抑制热激所致的蛋白质非特异性凝聚，达到稳定蛋白质结构，增加蛋白质稳定性的效果。②海藻糖与热休克蛋白共同作用：Simola 等提出并证明了，海藻糖通过协助分子伴侣Hsp104 重新折叠热激变性蛋白，使酵母能够抗高温。它具有维持蛋白现状的功能，可以阻止蛋白继续降解，从而等待分子伴侣的结合，重新折叠蛋白。③海藻糖合成基因TPS1而不是海藻糖Marjorie Petitjean等发现，海藻糖合成基因TPS1缺陷菌株的耐热性比野生型酵母降低，而外加海藻糖并不能使缺陷酵母恢复耐热性。由此，可见海藻糖合成基因TPS1而不是海藻糖对酵母的耐热性起主要作用^[8]。UGP1是控制UDP#8212;葡萄糖的合成基因，UDP-葡萄糖是合成海藻糖的前体物质，所以，这个UGP1基因可能和抗性也有关系。UDP-葡萄糖焦磷酸化酶，是几种代谢途径中的关键代谢物，在碳水化合物代谢中起到重要作用。在UGP1敲除的菌株中糖原和海藻糖含量大大减少，而当回补UGP1的表达时，糖原和海藻糖含量得到恢复^[9]。因此，UGP1对于用于生产储存碳水化合物是必需的。因为海藻糖可作为应激的特异性功能保护剂，UGP1表达有助于氧化应激反应下酵母稳定期的长期存活^[11]。

二、UGP1作用

UGP酶可催化从1-磷酸-葡萄糖和UTP可逆地形成UDP-葡萄糖（UDP-Glc）和焦磷酸盐^[10]。UGP酶已被认为是的碳水化合物代谢关键的酶，因为其产物UDP-Glc在几种细胞过程中可以用作葡糖基供体：存储碳水化合物如糖原和海藻糖的合成，结构碳水化合物的合成，例如纤维素和β-葡聚糖，糖脂和糖蛋白的碳水化合物部分的合成，半乳糖进入糖酵解和UDP-葡萄糖醛酸的合成。海藻糖-6-磷酸合酶基因和海藻糖的物理和化学性质，生物功能，发展前景以及海藻糖-6-磷酸合成酶基因在基因转移中的应用。通过讨论转移海藻糖-6-磷酸合酶基因的几个样品，探索转基因植物中的积累与转基因植物形式的变化之间的关系以及抗逆转质量的恶化，并且还预期研究海藻糖-6-磷酸合酶基因的趋势。 UGP1能够合成UDP-葡萄糖，而UDP-葡萄糖是许多关键糖代谢的前体物质。UGP1在酵母抗性方面有过的报道^[12]。

龙须菜属红藻门江蓠科江蓠属,是一种可用于琼胶提取的重要经济红藻。UDP葡萄糖焦磷酸化酶(UGPase)是合成UDP葡萄糖(UDPGlc)的重要酶,它以UTP和葡萄糖-1-磷酸(Glc1p)为底物合成UDPGlc。UDPGlc在红藻的碳代谢过程中扮演了重要的角色,它是半乳糖苷和红藻糖苷合成的前体物质。半乳糖苷(或者称为半乳糖聚物)是多数红藻细胞壁也就是琼脂和角叉菜胶最主要的组成成分。红藻糖苷是一种重要的光合产物,它的作用是作为短期的低分子量的碳水化合物的碳库。因为UGPase在红藻碳储存物质尤其是在琼胶代谢中的重要作用,所以当克隆了龙须菜中UGPase的cDNA和基因组DNA序列时,采用荧光实时定量PCR的方法检测了不同琼胶含量藻株UGPase基因的表达变化,恰好证实了龙须菜的琼胶含量与UGPase基因表达的相关性,并得出了在龙须菜中存在该酶催化的对应反应^[13]。

在链球菌中，UGPase主要参与透明质酸(Hyaluronic acid, HA )的合成，其产物UDP-葡萄糖在UDP-葡萄糖脱氢酶的作用下合成UDP-葡萄糖醛酸，UDP-葡萄糖醛酸又是合成兽疫链球菌荚膜多糖透明质酸的前提物质。HA二维电泳结合免疫印迹和matrix-assisted激光解吸串联飞行时间质谱分析，确定UGPase在致病性和细菌的繁殖方面起着重要的角色。因此，可应用于疫苗研究和防治细菌性疾病等方面的研究^[14]。

三、UGP1基因研究的意义

UGP1目前只报道了抗氧化中有作用，而在其他抗性条件下报道较少，如果UGP1可以减缓酵母热胁迫的影响，说明可以减少生产成本，减少能耗等等。