核苷酸类物质的直接发酵
发布时间:2012-10-31 14:11:34
核苷酸是一种糖磷酸酯，即核苷的磷酸酯。一般说，核苷和碱基容易透过微生物细胞，而核苷酸消泡剂却难于透过细胞膜，这就增加了核苷酸消泡剂发酵的困难。所以直接发酵法生产核苷酸，在解除反馈抑制的前提下，还应考虑设法改变核苷酸对细胞膜的渗透性。
生产5′-IMP的方法有：①利用细菌直接发酵生产5'-IMP；②核苷酸消泡剂发酵生产肌苷，然后化学法或酶法进行磷酸化，得到5'-IMP；③添加前体物次黄嘌呤，通过补救途径合成5′-IMP；④利用细菌发酵生产腺苷或5'-腺苷酸，然后用化学法或酶法生产5'-IMP。
1、核苷酸的生物合成
由于微生物细胞的自动调节机制，使菌体内各种核苷酸消泡剂的生物合成维持平衡状态。这种平衡一旦被破坏，则可能有某种核召酸积累，并由细胞内分泌于细胞外。要达到此目的，最主要的力法是用人工诱变得到营养缺陷型，或在生物合成途径中使某些醛不能合成或失去活力，或使代}射途径中的某些反馈抑制得到解除，这样才能获得所需的核苷酸消泡剂。
葡萄糖经HMP途径生成5′-磷酸核糖后，从5′-磷酸核糖合成IMP共经过1 1步酶促反应，IMP是嘌呤核苷酸消泡剂合成的中心，从它开始分出两条环行路线，一条是经过XMP合成GMP，再经过GMP还原酶的作用生成IMP；另一条是经过SAMP合成AMP，再经过AMP脱氨酶的作用生成IMP。这表明AMP和GMP可以相互转换。合成的AMP和GMP，经过一步磷酸化为ATP，GTP。
嘌呤、嘧啶核苷酸的合成，除从头合成途径外，也可以从已经形成的嘌呤环或嘧啶环（外加的碱基）来合成，称为补救途径。碱基、核苷和核苷酸消泡剂之间还能通过补救合成互相转变。
2、核苷酸代谢的调节
核苷酸代谢的控制极为复杂，五花八门。本节仅扼要介绍与核苷酸消泡剂发酵嘌呤核苷酸类物质关系密切的部分内容。
嘌呤核苷酸生物合成的最初反应是在谷酰胺参与下由PRPP生成PRA的反应，该反应为PRPP转酰胺酶所催化。
由鸽肝精制的该酶受ATP，GMP，AMP，IMP，GDP等的抑制，显示抑制作用的嘌呤核苷酸，可以分为GMP，IMP等6-羟基嘌呤核苷酸消泡剂与ADP，AMP等6-氨基嘌呤核苷酸两类。即使同时添加多种属于相同类型的嘌呤核苷酸，其抑制作用也决不超过各同类核苷酸消泡剂单独添加时之和。但是，假如同时添加属于不同类型的两种嘌呤核苷酸(GMP+AMP或IMP+ADP等)，其抑制作用就会相乘性地提高，这种现象称为合作终产物抑制，可理解为两类抑制物质是分别在酶的不同的变构部位上与酶结合，从而显示抑制作用。由产气气杆菌分离精制的PRPP转酰胺酶与鸽肝精制的酶相同，受GMP和AMP的强烈抑制，同时添加则有相乘性效果，起协同作用，但GTP，ADP,IMP对该酶的抑制效果较差，ATP，腺嘌呤对该酶不产生抑制作用，GMP与AMP等还能阻遏PRPP转酰胺酶的形成。腺嘌呤和鸟嘌呤两者都过量存在时，该酶的合成就会完全被阻遏。
嘌呤核苷酸相互转换系的代谢控制，IMP是嘌呤核苷酸消泡剂合成的中心，从它开始形成两个循环，各反应实际上是不可逆的。
IMP脱氢酶受GMP的反馈抑制与阻遏，GMP还原酶受ATP的反馈抑制；SAMP合成酶受AMP的反馈抑制；AMP脱氨酶受GTP的反馈抑制。此外还发现，GTP是SAMP- AMP反应的供能体，ATP是XMP—GMP反应的供能体。根据上述机制，如果细胞中的GMP水平提高时，从IMP开始的代谢流就会自动地转向合成AMP方面；反之，AMP永平提高，代谢流转向合成GMP；另一方面，核苷酸消泡剂的代谢也与组氨酸的生物合成有关，假如培养基中有过量的组氨酸存在时，AMP就不再走AMP- ATP-PRATP- AICAR-IMP途径。
当培养基中添加过量的腺嘌呤、鸟嘌呤等嘌呤碱基时，使PRPP转酰胺酶受阻遏，从头合成途径受阻，转而通过补救途径生成核苷酸。
这些调控机制的每一步在不同菌和动物中所表现出的强度是不同的，需采用不同的核苷酸消泡剂应予注意。根据对上述代谢调控的认识，为选育积累不同产品的生产菌株提供了依据。
本文参考《发酵微生物》一书。
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