The oleaginous yeast, $\underline{Rh}. \underline{gracilis}$ is a strictly aerobic microorganism. This organism can accumulate over 50% of cell dry weight as lipid. In understanding the metabolic mechanism related to lipid accumulation in $\underline{Rh}. \underline{gracilis}$, it is necessary to examine the relationship between Embden-Meyerhof-Parnas pathway activity, Hexose-Mono-Phosphate pathway activity, and lipogensis in glucose metabolism.
Glucose metabolism via the EMP and HMP pathways and the extent of lipid biosynthesis was estabilished by incubating the cells grown in a chemostat under nitrogen-and carbon-limited conditions with D-glucose labeled with $^{14}C$ at different positions and measuring the labeling pattern of various products. Namely, methods based on yields of $^{14}CO_2$ and $^{14}C$ incorporated into lipid were used to access the relationship between these metabolic and biosynthetic parameters. And, NADPH producing enzymes, i.e. the malic enzyme and glucose 6-phosphate dlehydrogenase and 6-phosphogluconate dehydrogenase were assayed.
In these experiments, $^{14}CO_2$ ratios and contributions of the HMP pathway were found to vary with the specific rate of lipid biosynthesis (SRLB), not with the lipid contents in the nitrogen-limited cultures. However, under carbon-limited conditions, only $^{14}CO_2$ ratios were found to vary with the SRLB, but, the contribution of the HMP pathway had not varied with the SRLB and also the lipid content. Those enzymes examined in this study have not show particular trends.
From the results, obtained, it seems that the proportion of the EMP and HMP pathways change with the various nutritional and physiological conditions and most of the NADPH for lipid biosynthesis may be supplied by the HMP pathway. And the availability of NADPH appears be a limiting factor for the operation of the HMP and/or EMP pathway.
많은 효모와 곰팡이가 균체내에 유지함량을 50%이상 축적하는 것으로 알려져 있다. 이러한 미생물은 배지 내의 C:N 비율이 높을 때 이런 현상이 일어난다. 이 실험에서는 이런 미생물 중의 하나인 $\underline{Rh}. \underline{gracilis}$를 택하여 유지를 축적하는 생화학적 기작에 관한 일련의 인구가 연속배양을 이용하여 진행 되었다. 특히 당 대사에 있어서 유지 생합성에 필요한 NADPH 의 공급원인 HMP pathway의 여러가지 조건에 따른 기여도와 변화 양상이 조사 되었다. 또한 이 pathway에서 직접 NADPH를 생성하는 효소인 glucose 6-phosphate dehydrogenase 와 6-phosphate dehydrogenase와 또 다른 NADPH 의 가능한 공급원인 malic enzyme 의 activity 가 조사 되었다.
HMP pathway 의 기여도를 정성, 정량적으로 살펴볼 수 있는 방법으로써 Glucose-1-$^{14}C$와 Glucose-6-$^{14}C$를 이용하여 이들 기질을 각각 공급하였을때 발생된 $^{14}CO_2$ 의 비율 ($^{14}CO_2$ ratio)와 lipid에 삽입된 $^{14}C$ 의 isotopic activity를 측정하여 얻은 HMP pathway의 기여도 (HMP%)가 여러 조건에서 얻어 졌다.
질소 제한 조건의 dilution rate $0.02h^{-1}$에서 specific rate of lipid biosynthesis (SRLB) 가 0.0315 ( g lipid/g lipid-free biomass/hr)로 가장 높았고 이점에서 glucose 의 47.2%가 HMP pathway를 통해 이용되고 나머지가 EMP pathway 에 의해 이용되었다.
$^{14}CO_2$ ratios로 부터 살펴 보건대, 조사된 모든 조건에서 HMP pathway 가 작용하고 있고 여러가지 생리적, 영양적 조건에 따라 HMP% 가 변하고 있다는 것을 알수 있었다.
질소 제한 배양 조건에서 $^{14}CO_2$ ratios 와 HMP% 는 SRLB에 따라 변하였다. 그러나 탄소 제한 배양 조건에서는 $^{14}CO_2$ ratio 만 SRLB 에 따라 변하였고 HMP% 는 SRLB 에 따라 변하지 않았다.
HMP%을 계산하는 이론적 원리는 storage lipid의 대부분을 구성하는 지방산에 삽입된 $^{14}C$ 의 양을 이용하여 계산한 값이므로 이러한 차이는 탄소 제한 배양 조건에서 자란 효모에서 추출된 lipid 의 대부분이 structural lipids 로 구성되어 있기 때문에 생긴 결과로 추측된다.
또한 HMP pathway에 속해 있는 두 enzyme 의 activity는 모든 조건에서 malic enzyme 의 activity보다 큰 것으로 나타났다. 그러나 이 세가지 enzyme모두 외부 조건에 따라 어떤 특별한 양상을 보이고 있지 않기 때문에 이 세 enzyme 은 유지 생합성에 있어서 조절 효소가 아닌 것으로 보인다.
또한 lipid생합성에 필요한 NADPH 의 대부분이 HMP pathway에 의해 공급되고 NADPH의 이용성이 HMP 나 EMP pathway의 작용에 영향을 미칠수 있는 제한 인자인 것으로 간주된다.
