發(fā)布時(shí)間:2012-10-31 14:11:34
核苷酸是一種糖磷酸酯，即核苷的磷酸酯。一般說，核苷和堿基容易透過微生物細(xì)胞，而核苷酸消泡劑卻難于透過細(xì)胞膜，這就增加了核苷酸消泡劑發(fā)酵的困難。所以直接發(fā)酵法生產(chǎn)核苷酸，在解除反饋抑制的前提下，還應(yīng)考慮設(shè)法改變核苷酸對(duì)細(xì)胞膜的滲透性。
生產(chǎn)5′-IMP的方法有：①利用細(xì)菌直接發(fā)酵生產(chǎn)5'-IMP；②核苷酸消泡劑發(fā)酵生產(chǎn)肌苷，然后化學(xué)法或酶法進(jìn)行磷酸化，得到5'-IMP；③添加前體物次黃嘌呤，通過補(bǔ)救途徑合成5′-IMP；④利用細(xì)菌發(fā)酵生產(chǎn)腺苷或5'-腺苷酸，然后用化學(xué)法或酶法生產(chǎn)5'-IMP。
1、核苷酸的生物合成
由于微生物細(xì)胞的自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制，使菌體內(nèi)各種核苷酸消泡劑的生物合成維持平衡狀態(tài)。這種平衡一旦被破壞，則可能有某種核召酸積累，并由細(xì)胞內(nèi)分泌于細(xì)胞外。要達(dá)到此目的，最主要的力法是用人工誘變得到營(yíng)養(yǎng)缺陷型，或在生物合成途徑中使某些醛不能合成或失去活力，或使代}射途徑中的某些反饋抑制得到解除，這樣才能獲得所需的核苷酸消泡劑。
葡萄糖經(jīng)HMP途徑生成5′-磷酸核糖后，從5′-磷酸核糖合成IMP共經(jīng)過1 1步酶促反應(yīng)，IMP是嘌呤核苷酸消泡劑合成的中心，從它開始分出兩條環(huán)行路線，一條是經(jīng)過XMP合成GMP，再經(jīng)過GMP還原酶的作用生成IMP；另一條是經(jīng)過SAMP合成AMP，再經(jīng)過AMP脫氨酶的作用生成IMP。這表明AMP和GMP可以相互轉(zhuǎn)換。合成的AMP和GMP，經(jīng)過一步磷酸化為ATP，GTP。
嘌呤、嘧啶核苷酸的合成，除從頭合成途徑外，也可以從已經(jīng)形成的嘌呤環(huán)或嘧啶環(huán)（外加的堿基）來合成，稱為補(bǔ)救途徑。堿基、核苷和核苷酸消泡劑之間還能通過補(bǔ)救合成互相轉(zhuǎn)變。
2、核苷酸代謝的調(diào)節(jié)
核苷酸代謝的控制極為復(fù)雜，五花八門。本節(jié)僅扼要介紹與核苷酸消泡劑發(fā)酵嘌呤核苷酸類物質(zhì)關(guān)系密切的部分內(nèi)容。
嘌呤核苷酸生物合成的最初反應(yīng)是在谷酰胺參與下由PRPP生成PRA的反應(yīng)，該反應(yīng)為PRPP轉(zhuǎn)酰胺酶所催化。
由鴿肝精制的該酶受ATP，GMP，AMP，IMP，GDP等的抑制，顯示抑制作用的嘌呤核苷酸，可以分為GMP，IMP等6-羥基嘌呤核苷酸消泡劑與ADP，AMP等6-氨基嘌呤核苷酸兩類。即使同時(shí)添加多種屬于相同類型的嘌呤核苷酸，其抑制作用也決不超過各同類核苷酸消泡劑單獨(dú)添加時(shí)之和。但是，假如同時(shí)添加屬于不同類型的兩種嘌呤核苷酸(GMP+AMP或IMP+ADP等)，其抑制作用就會(huì)相乘性地提高，這種現(xiàn)象稱為合作終產(chǎn)物抑制，可理解為兩類抑制物質(zhì)是分別在酶的不同的變構(gòu)部位上與酶結(jié)合，從而顯示抑制作用。由產(chǎn)氣氣桿菌分離精制的PRPP轉(zhuǎn)酰胺酶與鴿肝精制的酶相同，受GMP和AMP的強(qiáng)烈抑制，同時(shí)添加則有相乘性效果，起協(xié)同作用，但GTP，ADP,IMP對(duì)該酶的抑制效果較差，ATP，腺嘌呤對(duì)該酶不產(chǎn)生抑制作用，GMP與AMP等還能阻遏PRPP轉(zhuǎn)酰胺酶的形成。腺嘌呤和鳥嘌呤兩者都過量存在時(shí)，該酶的合成就會(huì)完全被阻遏。
嘌呤核苷酸相互轉(zhuǎn)換系的代謝控制，IMP是嘌呤核苷酸消泡劑合成的中心，從它開始形成兩個(gè)循環(huán)，各反應(yīng)實(shí)際上是不可逆的。
IMP脫氫酶受GMP的反饋抑制與阻遏，GMP還原酶受ATP的反饋抑制；SAMP合成酶受AMP的反饋抑制；AMP脫氨酶受GTP的反饋抑制。此外還發(fā)現(xiàn)，GTP是SAMP- AMP反應(yīng)的供能體，ATP是XMP—GMP反應(yīng)的供能體。根據(jù)上述機(jī)制，如果細(xì)胞中的GMP水平提高時(shí)，從IMP開始的代謝流就會(huì)自動(dòng)地轉(zhuǎn)向合成AMP方面；反之，AMP永平提高，代謝流轉(zhuǎn)向合成GMP；另一方面，核苷酸消泡劑的代謝也與組氨酸的生物合成有關(guān)，假如培養(yǎng)基中有過量的組氨酸存在時(shí)，AMP就不再走AMP- ATP-PRATP- AICAR-IMP途徑。
當(dāng)培養(yǎng)基中添加過量的腺嘌呤、鳥嘌呤等嘌呤堿基時(shí)，使PRPP轉(zhuǎn)酰胺酶受阻遏，從頭合成途徑受阻，轉(zhuǎn)而通過補(bǔ)救途徑生成核苷酸。
這些調(diào)控機(jī)制的每一步在不同菌和動(dòng)物中所表現(xiàn)出的強(qiáng)度是不同的，需采用不同的核苷酸消泡劑應(yīng)予注意。根據(jù)對(duì)上述代謝調(diào)控的認(rèn)識(shí)，為選育積累不同產(chǎn)品的生產(chǎn)菌株提供了依據(jù)。
本文參考《發(fā)酵微生物》一書。
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