界定需氧呼吸在粪肠球菌代谢与生物能量学中的作用

粪肠球菌（*Enterococcus faecalis*）是一种机会性病原体和兼性厌氧菌，主要依赖发酵代谢定殖于广泛的有氧和厌氧环境中。在外源性血红素存在的条件下，粪肠球菌能够组装一条最简电子传递链，其组分包括膜相关初级脱氢酶、脱甲基甲萘醌以及末端细胞色素 *bd* 氧化酶（CydAB）。该呼吸链被认为能够产生质子驱动力，通过F型ATP合酶驱动ATP合成，从而改善有氧条件下的能量保守。然而，胞质NADH氧化酶（Nox）同样能够消耗NADH和氧，因而可能与电子传递链竞争还原当量和末端电子受体；但这两条耗氧途径各自的相对生理贡献仍缺乏深入了解。为明确CydAB和Nox在常氧及低氧条件下的作用，我们构建了Δ*cydAB*和Δ*nox*突变株。实时原位测定显示，Δ*cydAB对氧利用无显著影响，而Δ*nox中的氧利用则显著降低，表明Nox是氧的主要消耗者。半非靶向代谢组学分析进一步揭示了氧化酶特异性的中心代谢变化，其中Δ*nox*导致ATP和NADH比值发生显著改变，突出了Nox在细胞内氧化还原状态和能量稳态调控中的关键作用。最后，单细胞荧光显微镜观察显示，膜电位这一质子驱动力的组成部分，仅在同时缺失CydAB和Nox，或缺失F型ATP合酶时才出现显著降低。这些发现表明，即使在有氧生长条件下，F型ATP合酶仍是质子驱动力的主要产生者，并证明电子传递链与Nox在粪肠球菌生物能量学中发挥互补作用。

粪肠球菌（*Enterococcus faecalis*）是一种机会性病原体和兼性厌氧菌，主要依赖发酵代谢在广泛的有氧和厌氧环境中定植。在外源性血红素存在时，粪肠球菌能够组装一条最小化的电子传递链，该链由膜相关初级脱氢酶、脱甲基甲萘醌以及末端细胞色素 *bd* 氧化酶（CydAB）组成。据认为，该呼吸链可产生质子动力势，通过F型ATP合酶驱动ATP合成，从而改善有氧条件下的能量保存。然而，胞质NADH氧化酶（Nox）同样会消耗NADH和氧，因此可能与电子传递链竞争还原当量和末端电子受体；但这两条氧还原途径在生理上的相对贡献仍缺乏充分认识。为明确CydAB和Nox在正常氧和低氧条件下的作用，我们构建了Δ*cydAB*和Δ*nox*突变株。实时原位测定显示，Δ*cydAB对氧利用没有显著影响，而Δ*nox*突变株的氧利用显著降低，表明Nox是氧的主要消耗者。半非靶向代谢组学分析进一步揭示了由不同氧化酶特异性引起的中心代谢变化，其中Δ*nox*导致ATP和NADH比值发生显著改变，凸显了Nox在细胞内氧化还原稳态和能量稳态调控中的关键作用。最后，单细胞荧光显微成像显示，只有在同时缺失CydAB和Nox，或缺失F型ATP合酶时，作为质子动力势组成部分的膜电位才会显著降低。这些发现表明，即使在有氧生长条件下，F型ATP合酶仍是质子动力势的主要产生者，并证明电子传递链和Nox在粪肠球菌生物能量学中发挥互补作用。

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🏷️ 粪肠球菌 需氧呼吸 电子传递链 NADH氧化酶 生物能量学 代谢组学