§2核酸类物质的代谢调控机制 核酸发酵是在氨基酸发酵基础上的进一步深化和发展 的代谢控制发酵。 生物体内大分子的核酸是由单核苷酸作为原料聚合而 成的,因此,生物体必须先合成单核苷酸。 单核苷酸有两条完全不同的合成途径: (1)全合成途径由磷酸戊糖开始…; (2)补救途径由培养基中获取…。 第五章生物产品代谢调控发酵机制
第五章 生物产品代谢调控发酵机制 1 §2 核酸类物质的代谢调控机制 ➢核酸发酵是在氨基酸发酵基础上的进一步深化和发展 的代谢控制发酵。 ➢生物体内大分子的核酸是由单核苷酸作为原料聚合而 成的，因此，生物体必须先合成单核苷酸。 ➢单核苷酸有两条完全不同的合成途径： ⑴全合成途径——由磷酸戊糖开始……； ⑵补救途径——由培养基中获取……
核苷酸的生物合成途径 米用同位素标记法可知嘌呤环/各个元素的来源: 合成1分子IMP(肌苷酸)需用 cO2 1分子PRPP(磷酸核糖焦磷酸) 甘氨酸 1分子Asp(天冬氨酸) 天冬氨酸的NCK 1分子Gy(甘氨酸) a氨基:1 C8甲酸 2分子甲酸 甲酸一CN以」 1分子CO2 2分子NH3 共消耗8分子ATP 谷氨酰胺的酰胺N 嘌呤环的前体 第五章生物产品代谢调控发酵机制
第五章 生物产品代谢调控发酵机制 2 一、核苷酸的生物合成途径 采用同位素标记法可知嘌呤环上各个元素的来源： 嘌呤环的前体 ▪合成1分子IMP（肌苷酸）需用 1分子PRPP（磷酸核糖焦磷酸） 1分子Asp（天冬氨酸） 1分子Gly（甘氨酸） 2分子甲酸 1分子CO2 2分子NH3 共消耗8分子ATP
1.嘌呤核苷酸的全合成途径(“从无到有”途径) 符号说明 IMP一肌苷酸 SAICAR-5-氨基-(N-琥珀基)代氨甲 (次黄嘌呤核苷一磷酸) AMP一腺苷酸 酰咪唑核苷酸 (腺嘌呤核苷一磷酸) GMP一鸟苷酸 AICAR一5-氨基-4-氨甲酰咪唑核苷酸 XMP一黄苷酸 PRPP一磷酸核糖焦磷酸 (黄嘌呤核苷一磷酸) SAMP一腺苷琥珀酸PRA-5-磷酸核糖胺 第五章生物产品代谢调控发酵机制
第五章 生物产品代谢调控发酵机制 3 1. 嘌呤核苷酸的全合成途径（“从无到有”途径） IMP－肌苷酸 SAICAR－5-氨基-(N-琥珀基)代氨甲 AMP－腺苷酸 酰咪唑核苷酸 GMP－鸟苷酸 AICAR－5-氨基-4-氨甲酰咪唑核苷酸 XMP－黄苷酸 PRPP－磷酸核糖焦磷酸 SAMP－腺苷琥珀酸 PRA－5-磷酸核糖胺 （次黄嘌呤核苷一磷酸） （腺嘌呤核苷一磷酸） （黄嘌呤核苷一磷酸） 符号说明
嘌呤核苷酸的全合成途径(1)——5′-IMP的生成(“从无到 有”) 葡萄糖 谷氨酰胺谷氨酸 ATP ADP eOCH O、H+20+HP2O②OCH2 0M2 5-磷酸核糖M2,fo ①Q M PRPP合成降 OHOH PRPP转酰胺裔 OHOH 磷酸核糖焦磷酸 5-磷酸核糖胺 (PRPP) (PRA) 甘氨酸+ATP MK GAR合成酶 ADP +HPOZ CH2NH2 谷氨酸谷氨酰胺 N,N10甲川 adP ATP THFA+ HO + HPo- + H2o THFA ①OCH2 O、NH H2C——NH H2 H2N*=CCHO碘酸核警甲能甘 O-C O酸核糖甘氨酰 政转甲酰赢 OHOH 氨脒合成 R① R-e 甘氨酰胺核苷酸 甲酰甘氨脒核苷酸 甲酰甘氨酰胺核苷酸 (GAR) (FGAM) (FGAR) 第五章生物产品代谢调控发酵机制
第五章 生物产品代谢调控发酵机制 4 嘌呤核苷酸的全合成途径(1) —— 5′ -IMP的生成（“从无到 有”）：
ATP Kt.M Ooc 众DP碘败核氨基咪唑合成酶 HCO3或 天冬氨酸 ATP ADP HPOi HC一N OoC OoC CH AIR羧化酶 HN- C-NCCH SiCAr合成麝 M 2+ H2n- CH H2N R-① R-① 5-氨基-4-(N-琥珀基)代氨 5-氨基咪唑核苷酸 5-氨基-4甲酸咪唑核苷酸 (AIR) (CAIR) 甲酰咪唑核苷酸( SAICAR) 苷酸就珀 攻裂解島 反丁烯二酸 N0甲晚 H20 THFA THFA H2 H2N HCN人 CH IMP环化脱OHC CH AICAR转甲联酶F2N- K 水( IMPcyclo hydrolase) 5-甲酰胺-4氨甲酰咪唑 5氨基-4氨甲酰 5-肌苷酸(5IMP) 核苷酸( FAICAR 咪唑核苷酸( AICAR) 第五章生物产品代谢调控发酵机制
第五章 生物产品代谢调控发酵机制 5
合成IMP的价值:进一步合成AMP和GMP >各种微生物合成IMP的途径是一样的,但是从IMP分别生成AMP 和GMP的途径是不同的 从IMP开始, 枯草杆菌以ⅠMP为中心分出两条环形路线, 由此AMP与GMP可以互相转换; 产黄短杆菌分出的两条路线不是环形,而是单项分枝的, AMP与GMP不能互相转换 第五章生物产品代谢调控发酵机制
第五章 生物产品代谢调控发酵机制 6 ➢各种微生物合成IMP的途径是一样的,但是从IMP分别生成AMP 和GMP的途径是不同的。 从IMP开始， ▪ 枯草杆菌以IMP为中心分出两条环形路线， 由此AMP与GMP可以互相转换； ▪ 产黄短杆菌分出的两条路线不是环形，而是单项分枝的， AMP与GMP不能互相转换 合成IMP的价值：进一步合成AMP和GMP
枯草芽孢杆菌嘌呤核苷酸的全合成途径(2)—AMP和GMP的互变 OOC-CH2CH-COO NADH NAD C GDP pi GTP H 天冬氨酸 O=C CH 八NC SAMP C、N 腺苷珀酸R-②合成酶 脱氢酶 F XMP R-O (SAMP) 谷氨酰胺 SAMP IMP XMP ATP+ H2O 裂解 GMP 氨化酶谷氨酸 反丁烯二酸 AMP 脱氨警 还原酶 +AmP+HP203 C C CH CH H2NANC AMP GMP 第五章生物产品代谢调控发酵机制
第五章 生物产品代谢调控发酵机制 7 枯草芽孢杆菌嘌呤核苷酸的全合成途径(2) —— AMP和GMP的互变
虎珀酰腺苷 黄苷酸 SAMP XMP IMP AMP GMP 腺苷酸 鸟苷酸 AICAR(5-胺基-4-氨甲酰咪唑核苷酸 SAICAR(5胺基4N琥珀基) 代氨甲酰咪唑核苷酸) PRA(5-磷酸核糖胺) 葡萄糖一→→5-磷酸核糖一→PRPP磷酸核糖焦磷酸) 枯草杆菌的嘌呤核苷酸生物合成途径 第五章生物产品代谢调控发酵机制
第五章 生物产品代谢调控发酵机制 8 枯草杆菌的嘌呤核苷酸生物合成途径 葡萄糖 →→→5-磷酸核糖→ （磷酸核糖焦磷酸） （5-磷酸核糖胺） （5-胺基-4-（N-琥珀基）- 代氨甲酰咪唑核苷酸） （5-胺基-4-氨甲酰咪唑核苷酸） 肌苷酸 黄苷酸 鸟苷酸 腺苷酸 琥珀酰腺苷酸
PRPP PRA XMP SAMP GMP AMP 产黄短杆菌的嘌呤核苷酸生物合成途径 第五章生物产品代谢调控发酵机制
第五章 生物产品代谢调控发酵机制 9 产黄短杆菌的嘌呤核苷酸生物合成途径
2嘧啶核苷酸的全合成途径 H2n CO0 2ATP 2ADP+ Pi 天冬氨酸P1O=CCH2 NH3+cOz H2N--COOPO3 HN-CH 氨甲酰磷酸 COO 氨甲酰天冬氨酸 H2O OH OH OH C、CH CHPi PRPP NL-CCH FAD 2H HN CH O=C、NCH⑥ LcN coo°O OOO·FAD CH ④O coO H UMP 乳清苷酸 乳清酸 氢乳清酸 ATP NM2 ADP ATP ADP 谷氨院胺谷氨酸 CHICTP] LUDP T OC、CH ①-① ①氨甲酰磷酸合成酶②天冬氨酸转氨甲酰酶⑧二氢乳清酸酶 ④二氢乳清酸脱氢酶⑤乳淸酸转磷酸核糖酶⑥乳清苷酸脱羧 酶⑦一磷酸核苷激酶⑧二磷酸核苷激酶⑨胞苷酸合成酶
第五章 生物产品代谢调控发酵机制 10 2. 嘧啶核苷酸的全合成途径