氨甲酰磷酸不同合成途径在大肠杆菌中的比较

摘要：

[背景]氨甲酰磷酸是生物合成代谢中精氨酸与嘧啶的重要前体物质,在工业微生物生产精氨酸与嘧啶及其衍生物中发挥关键作用.[目的]在大肠杆菌Escherichia coli BW25113中比较氨甲酰磷酸不同合成途径的催化效率.[方法]在大肠杆菌Escherichia coli BW25113中过表达鸟氨酸氨甲酰基转移酶(OTC)的基础上,分别过表达大肠杆菌自身的氨基甲酸激酶(CK)和氨甲酰磷酸合酶(CPS Ⅱ)并表征其反应效果.通过优化底物供应(调整底物浓度与引入L-谷氨酰胺合成酶)对CK与CPS Ⅱ的催化反应进行优化.[结果]在大肠杆菌中过表达OTC,建立细胞水平氨甲酰磷酸检测体系.在此基础上比较不同来源的CK,发现大肠杆菌来源的CK效果最好,50 mmol/L NH4HCO3条件下全细胞催化9h得到2.95±0.15 mmol/L L-瓜氨酸;过表达CPS Ⅱ时,50 mmol/L L-谷氨酰胺催化9h得到3.16±0.29 mmol/L L-瓜氨酸.通过改变底物NH4HCO3浓度和引入外源L-谷氨酰胺合成酶(GS)等方式对CK与CPS Ⅱ的催化反应分别进行优化后,100 mmol/L NH4HCO3条件下,L-瓜氨酸浓度分别提高至4.67±0.55 mmol/L和6.12±0.38 mmol/L,且过表达GS后CPS Ⅱ途径可以利用NH3,不需要额外添加L-谷氨酰胺.[结论]引入L-谷氨酰胺合成酶后的CPS Ⅱ途径合成氨甲酰磷酸的能力优于CK途径,为精氨酸、嘧啶及其衍生物的合成提供了一种更加高效的策略.

关键词：氨甲酰磷酸、氨基甲酸激酶、氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ、L-瓜氨酸

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资助基金：国家自然科学基金31670051

在线出版日期：2019-11-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：2111-2120