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枯草芽孢杆菌中GTP合成途径的代谢通量控制分析

黄薇  
【摘要】: 代谢控制分析(Metabolic Control Analysis,简称MCA)是一种以系统观点对细胞内代谢调控进行定量分析的理论和实验方法。本文对枯草芽孢杆菌生产三磷酸鸟苷(GTP)过程中的重要代谢途径进行了通量控制分析。主要分析对象为以6-磷酸葡萄糖为节点的分支代谢途径、5-磷酸核糖为节点的分支代谢途径和IMP-XMP-GMP- GDP-GTP线性代谢途径,使用了top-down法、Linlog动力学模型和瞬间代谢物法相结合的研究方法,通过计算通量控制系数阐明了各个反应对GTP合成通量的控制作用。并进一步讨论分析GTP生成过程各个代谢组中全部酶对GTP合成途径通量的综合控制效果,为基因工程提供了重要的理论依据。 在枯草芽孢杆菌RH33中,以6-磷酸葡萄糖为节点的分支途径为葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖途径J1,6-磷酸葡萄糖生成丙酮酸途径J2,6-磷酸葡萄糖生成GTP途径J3。相应的催化三组反应的酶对GTP生成通量的控制系数分别为C31=-0.539,C32=0.023,C33=1.516。由此可以看出,对GTP生成途径通量控制作用主要取决于6-磷酸葡萄糖生成GTP的代谢途径。因此,对这一反应组进行更加详细的代谢分析,希望可以进一步获得GTP生成途径的通量控制系数分布情况。 以5-磷酸核糖为节点的分支途径为6-磷酸葡萄糖生成5-磷酸核糖途径J1,5-磷酸核糖转化为3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的途径J2,5-磷酸核糖生成GTP途径J3。相应的催化三组反应的酶对J3的控制系数分别为C31=0.125,C32=0.112,C33=0.763。因此,我们对5-磷酸核糖生成GTP代谢途径中的重要线性途径作了进一步分析。 在5-磷酸核糖生成GTP的代谢途径组中,IMP-XMP-GMP-GDP-GTP代谢途径是生成GTP的直接途径。经通量控制分析得:这一途径中的四个反应步骤对线性代谢通量的控制系数分别为C1=0.257,C2=0.315,C3=0.321,C4=0.107。这一线性途径中,通量控制作用主要分布在前三步反应中,且分布较均匀。从整条途径考虑,这三步可以做为进行代谢工程操作以提高GTP产量的突破点。


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