在合成生物学与微藻代谢工程领域，一个看似朴素的策略正在被反复验证：向前体池"充值"。2026 年《食品科学》发表的研究显示，外源添加丙酮酸可使虾青素含量提升 26.8%。为什么一个糖酵解的中间产物能撬动类胡萝卜素的合成？

一、丙酮酸的枢纽地位

丙酮酸（Pyruvic acid，C3H4O3，CAS 127-17-3）是糖酵解的最终产物、三羧酸循环的起始底物，处于碳水化合物、脂肪和氨基酸三大代谢通路的核心交汇点。在细胞内它有四条主要去向：

• 进入线粒体，经丙酮酸脱氢酶复合体（PDH）转化为乙酰辅酶 A，进入 TCA 循环供能

• 在乳酸脱氢酶作用下还原为乳酸

• 经丙酮酸羧化酶转化为草酰乙酸，走向糖异生

• 转氨基生成丙氨酸，参与氨基酸代谢

二、丙酮酸如何流向虾青素

虾青素属于类异戊二烯途径的终产物，其碳骨架全部来自异戊烯基焦磷酸（IPP）。真核生物中 IPP 经甲羟戊酸（MVA）途径合成，而该途径的起始底物乙酰辅酶 A 正是由丙酮酸氧化脱羧而来。代谢脉络可以概括为：

葡萄糖 → 丙酮酸 → 乙酰辅酶 A → MVA 途径 → IPP → 虾青素

因此丙酮酸处于碳代谢与类胡萝卜素合成的交汇点：它既是乙酰辅酶 A 的主要糖酵解来源，决定进入 MVA 途径的碳通量上限；其代谢过程还与 NADPH、ATP 供给偶联，为还原性较强的虾青素合成提供还原力。在"进入 TCA 供能"与"流向脂质/类胡萝卜素"之间的碳分配，正是产量优化的核心矛盾。

三、实验证据：前体添加真的有效

2026 年《食品科学》研究的外源添加实验显示：

• 添加丙酮酸：虾青素含量提升 26.8%，脂质质量分数达 66.1%

• 添加柠檬酸、苹果酸：同样有效——两者可经 TCA 循环转化回丙酮酸方向，进而合成更多 IPP

前体添加与其他工程化策略互补：启动子优化与密码子调整使产量较野生型最高提升 67%；强化 bkt 表达使含量达 7.96 mg/g 干重；细胞壁工程下调 hpoch1 使细胞破碎率提升 58%。产业端同样亮眼——青岛农业大学团队构建的绿色生物合成高产菌株产量达 1.54 g/L，生产成本仅为传统生物制造的十分之一，相关专利以 1000 万元完成转让。

四、丙酮酸研究的分析难点

丙酮酸是典型的极性小分子，定量分析有独特挑战：常规反相色谱保留弱，需 HILIC 模式或衍生化处理；水溶液中易氧化聚合，前处理需快速、低温、避光；血浆正常浓度仅 0.05–0.15 mM 且与乳酸等结构类似物共存；代谢流分析则离不开 13C-丙酮酸、d3-丙酮酸等稳定同位素标记物。

纳孚生物提供丙酮酸及其钠盐、稳定同位素标记物（13C、d3）与衍生化试剂的供应与定制服务，支持代谢组学与发酵工艺研究。欢迎联系我们。

联系我们

纳孚生物 — 专业化合物定制合成与生物素标记服务商

纳孚生物拥有自有实验室，可提供化合物定制合成、生物素标记、荧光修饰及科研试剂供应服务，支持毫克级至克级定制，随货提供 NMR、MS、HPLC 等结构确证数据与 COA 报告。欢迎高校课题组、科研院所及医药企业交流合作。