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中国生物工程杂志 2019年第8期39卷 25-31页

作者：陈宝峰李志刚张中华常景玲河南科技学院生命科技学院新乡453003 现代生物育种河南省协同创新中心新乡453003

环磷酸腺苷(cAMP)在微生物细胞内由ATP直接环化形成,而ATP的合成需要能量与前体的持续供应。通过添加次黄嘌呤激活补救途径,促进了cAMP的合成,与对照批次相比生产效率提高了39. 1%,但发酵进行至51h产物不再生成,而且产量未能得到提高。... 详细信息

环磷酸腺苷(cAMP)在微生物细胞内由ATP直接环化形成,而ATP的合成需要能量与前体的持续供应。通过添加次黄嘌呤激活补救途径,促进了cAMP的合成,与对照批次相比生产效率提高了39. 1%,但发酵进行至51h产物不再生成,而且产量未能得到提高。偶合添加次黄嘌呤和2g/L-broth六聚偏磷酸钠发酵批次的cAMP产量达到7. 24g/L,比单独添加次黄嘌呤和六聚偏磷酸钠的批次产量分别提高了125. 5%和93. 5%,生产效率也显著提高,达到了0. 101g/(L·h)。六聚偏磷酸钠和次黄嘌呤偶合添加工艺将低聚磷酸盐和补救途径的优势相结合,有效促进了cAMP合成与积累。

关键词：环磷酸腺苷次黄嘌呤低聚磷酸盐补救途径

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低聚磷酸盐促进cAMP发酵合成的全局转录组分析

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中国生物工程杂志 2023年第4期43卷 41-50页

作者：卢南巡王荔巍刘玫秀张中华常景玲李志刚河南科技学院生命科技学院新乡453003 现代生物育种河南省协同创新中心新乡453003

目的:以节杆菌Arthrobacter sp. CCTCC 2013431为研究对象,探究低聚磷酸盐作为能量供体促进环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)发酵合成的作用机理。方法:在7 L发酵罐中添加低聚磷酸盐,对发酵性能、转录组学、关键酶活... 详细信息

目的:以节杆菌Arthrobacter sp. CCTCC 2013431为研究对象,探究低聚磷酸盐作为能量供体促进环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)发酵合成的作用机理。方法:在7 L发酵罐中添加低聚磷酸盐,对发酵性能、转录组学、关键酶活性以及重要代谢物水平进行分析,揭示低聚磷酸盐促进cAMP发酵合成的机理。结果:发酵24 h添加2 g/L六偏磷酸钠,cAMP产量显著提高,达到3.64 g/L,与对照组相比提高了33.82%。转录组数据分析表明,由于六偏磷酸钠的添加,227个基因表达量显著上调,265个基因表达量显著下调;磷酸戊糖途径和cAMP合成途径中多数酶编码基因的转录水平,电子传递链中复合体Ⅲ、复合体IV和F0F1-ATP酶以及聚磷酸盐激酶编码基因的转录水平,硫氧还蛋白、过氧化氢酶及CLP蛋白酶等编码基因的转录水平均显著提高。此外,对丙酮酸激酶、6-磷酸葡萄糖脱氢酶、腺苷琥珀酸合成酶、腺苷酸环化酶、过氧化氢酶、聚磷酸盐激酶活性以及胞内活性氧、ATP和NADPH等进行测定,进一步证明了转录组分析结果。结论:六偏磷酸钠能够强化磷酸戊糖途径与cAMP合成途径,提高ATP供应,同时维持胞内氧化还原平衡,促进产物合成与积累。

关键词：低聚磷酸盐转录组分析氧化还原平衡能量代谢环磷酸腺苷

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低聚磷酸盐对粪产碱杆菌合成热凝胶的影响

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微生物学通报 2010年第5期37卷 664-670页

作者：于丽珺路敬吴剑荣郑志永詹晓北江南大学生物工程学院教育部工业微生物重点实验室江苏无锡214122

粪产碱杆菌合成热凝胶需要消耗大量ATP用于前体物质UDPG的再生,利用3种具有不同高能磷酸键的低聚磷酸盐Na4P2O7(2P)、Na5P3O10(3P)和(NaPO3)6(6P)作为高能磷酸键供体,并取代培养基中的KH2PO4-K2HPO4(1P)而作为磷元素供体,研究其对粪产... 详细信息

粪产碱杆菌合成热凝胶需要消耗大量ATP用于前体物质UDPG的再生,利用3种具有不同高能磷酸键的低聚磷酸盐Na4P2O7(2P)、Na5P3O10(3P)和(NaPO3)6(6P)作为高能磷酸键供体,并取代培养基中的KH2PO4-K2HPO4(1P)而作为磷元素供体,研究其对粪产碱杆菌合成热凝胶的影响。结果表明相对于对照磷元素摩尔含量的单倍和双倍量添加3P和6P能够分别提高热凝胶产量23%和134%,达到15.1g/L和30.0g/L;同时副产物乙酸分别较对照降低了87.5%和77.7%;在以双倍量添加6P后,副产物甲酸的生成也显著降低75.7%。当培养基中不含碳酸钙进行低聚磷酸盐添加实验时,生物量显著降低,热凝胶合成几乎没有,发酵液pH最低降到2.1。以磷元素单倍量和双倍量分别添加3P和6P,并与1P混合发酵时,热凝胶产量变化不大;但是,当发酵液不存在碳酸钙而1P被作为缓冲物质时,以单倍量和双倍量添加6P使得热凝胶产量较对照分别提高60.4%和49.4%,分别达到18.4g/L和16.9g/L。

关键词：低聚磷酸盐高能磷酸键热凝胶残磷有机酸

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低聚磷酸盐促进cAMP生物合成的生理机制及高产工艺研究

低聚磷酸盐促进cAMP生物合成的生理机制及高产工艺研究

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作者：卢南巡河南科技学院

学位级别：硕士

环磷酸腺苷(Cyclic adenosine monophosphate,cAMP)由三磷酸腺苷在腺苷酸环化酶的催化下环化而成,作为第二信使广泛存在于生物体内,对各项代谢活动起着重要的调节作用。在微生物细胞内,ATP不仅是cAMP的直接前体物质,同时为细胞代谢活动... 详细信息

环磷酸腺苷(Cyclic adenosine monophosphate,cAMP)由三磷酸腺苷在腺苷酸环化酶的催化下环化而成,作为第二信使广泛存在于生物体内,对各项代谢活动起着重要的调节作用。在微生物细胞内,ATP不仅是cAMP的直接前体物质,同时为细胞代谢活动正常运行提供能量。因此,适时提高胞内ATP水平有利于增强cAMP的发酵性能。本文以实验室筛选并保藏的节杆菌(Arthrobacter *** 2013431)为生产菌株,通过外源添加低聚磷酸盐,提高胞内ATP水平,增强cAMP发酵性能。利用转录组测序等技术,从不同维度分析低聚磷酸盐促进cAMP发酵合成的生理机制,并提出基于补救途径和ATP高效供给的cAMP高产发酵工艺。具体研究成果如下所示:(1)通过摇瓶实验发现24 h添加2 g/L-broth六偏磷酸钠可以显著提高cAMP的产量,最大达到2.82 g/L,与空白批次相比提高69.88%。在7 L发酵罐上进行发酵实验,发现添加六偏磷酸钠批次的cAMP产量达到3.64 g/L,与空白批次相比提高33.82%,细胞活性与呼吸强度均得到显著提高。对糖代谢、能量代谢以及cAMP合成途径中相关基因转录水平分析发现,葡萄糖激酶、6-磷酸葡萄糖脱氢酶、细胞色素氧化酶、聚磷酸盐酶、腺苷酸环化酶和过氧化氢酶等编码基因转录水平显著上调,表明六偏磷酸钠激活了一条独立于电子传递链之外的ATP合成途径,强化氧化磷酸化过程,强化了磷酸戊糖途径的代谢通量,为cAMP的合成提供了充足的前体物质。同时,核苷酸分解途径相关酶编码基因的转录水平大幅降低,副产物的合成受到抑制。此外,六偏磷酸钠显著提高了胞内还原酶以及与细胞壁/膜合成相关基因的转录水平,提高了细胞抗氧化能力,维持了细胞正常形态和功能。(2)探究氧化胁迫条件下低聚磷酸盐促进cAMP发酵合成的生理机制。通过摇瓶实验确定24 h添加15 mg/L-broth甲萘醌可以诱导节杆菌产生中度氧化胁迫现象,在7 L发酵罐上进行添加甲萘醌与低聚磷酸盐发酵实验。结果表明,六偏磷酸钠有效缓解了由甲萘醌引起的氧化胁迫现象,清除了细胞内大量活性氧,丙二醛含量也显著降低,添加甲萘醌与六偏磷酸钠批次菌体浓度、cAMP产量恢复到与空白相当的水平。此外,通过扫描电子显微镜观察发现,与空白相比,24 h添加15 mg/L甲萘醌条件下,各培养阶段菌体均出现不同程度的断裂。偶合添加甲萘醌与六偏磷酸钠时,菌体形态无明显断裂,优于空白和添加甲萘醌批次,表明六偏磷酸钠能够有效保护细胞膜,减少氧化损伤,为cAMP合成提供了良好环境。(3)提出了基于补救途径和ATP高效供给的cAMP发酵工艺。添加次黄嘌呤激活补救途径可以显著提高cAMP发酵性能,但存在发酵周期缩短、菌体浓度低,cAMP产量提高幅度小的问题。分析结果表明,次黄嘌呤诱导节杆菌产生大量活性氧,形成氧化胁迫条件,维持氧化还原平衡和正常代谢消耗大量能量,不利于cAMP的合成。提出了六偏磷酸钠与次黄嘌呤偶合添加的cAMP发酵工艺,cAMP产量达到7.25 g/L,与仅添加次黄嘌呤批次相比提高了111.99%,菌体浓度与cAMP合成速率也得到显著提高。对胞内活性氧与丙二醛水平和节杆菌细胞形态分析发现,六偏磷酸钠有效缓解了由次黄嘌呤引起的氧化胁迫现象,显著降低了胞内活性氧与丙二醛含量,维持细胞正常形态,为cAMP合成提供了有利条件。

关键词：环磷酸腺苷低聚磷酸盐转录组测序补救途径

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