核苷酸发酵 下载本文

核苷酸(nucleotide)发酵是在研究氨基酸发酵的基础上发展起来的又一个典型的代谢控制发酵。在利用微生物直接发酵生产核酸类物质的研究中,参照了氨基酸发酵的成功经验,研究了核苷酸的生物合成途径及代谢调节机制,设法获得从遗传角度解除了正常代谢控制机制的突变菌株,从而大量生成和积累核苷酸。

核苷酸的生物合成途径有利用葡萄糖等碳源和氮源,以5-磷酸核糖为出发物质的全合成途径,也称“从无到有”途径;还有由嘌呤碱基伴随核糖基化及磷酸化而合成的补救合成途径。在发酵生产中,补救合成途径同样具有重要的功能。

一、嘌呤核苷酸的全合成途径

图(a)、(b)表示,从磷酸核糖开始,和谷氨酰胺、甘氨酸、CO2、天冬氨酸等代谢物质逐步结合,最后将环闭合起来形成肌苷酸(IMP)。 IMP 继续向下代谢,转化为腺嘌呤核苷酸(AMP)及鸟嘌呤核苷酸(GMP)。从IMP转化为AMP及GMP的途径,在枯草芽孢杆菌中,分出两条环形路线:一条是经过XMP (黄嘌呤核苷一磷酸)合成GMP,再经过GMP还原酶的作用生成IMP;另一条经过SAMP(腺苷琥珀酸)合成AMP,再经过AMP脱氨酶的作用生成IMP。这表明GMP和AMP可以互相转变。SAMP裂解酶是双功能酶,也催化从SAICAR 生成AICAR的反应。在产氨短杆菌中,从IMP开始分出的两条路线不是环形的,而是单向分支路线。GMP和AMP不能相互转变。

这样合成的AMP和GMP,经进一步磷酸化作用生成ATP、GTP,然后被利用合成RNA、DNA。再者,AMP经过ATP合成1-(5’-磷酸核糖基)-三磷酸腺苷(PRATP ) ,也与组氨酸的生物合成有关。可通过AMP和GMP的相互转换来调节这些需给关系,即AMP经AMP脱氨酶催化作用生成IMP;GMP经GMP还原酶催化作用也可生成IMP;AMP也能够通过AMP→ATP→PRATP→AICAR 循环,转变成IMP ,如图所示。

核苷酸发酵机制