基于辅因子调控优化代谢流分配的生物催化过程

An Arthrobacter capable of accumulating extracellular cAMP will be employed to investigate cAMP synthesis. Through the regulation of energy metabolism, the rate of substance metabolism and energy metabolism will be matched and efficient coupled. By coupling the coenzyme metabolism and substance metabolism, the metabolic flux will be redistributed and a significant increase of cAMP will be achieved.. This work will provide a research method for other bio-catalyst system to improve the product synthesis and have a certain scientific value and practical value.

本项目以节杆菌为研究菌株，以环磷腺苷高效生产为目标，在物质代谢流分析的基础上引入辅因子调控（能量调控和辅酶调控），通过调控能量代谢达到物质代谢速率和能量代谢速率相匹配，实现物质代谢和能量代谢的高效耦联；通过将辅酶再生反应过程同物质代谢过程耦联，实现控制代谢流分配，显著增加原子经济性，提高反应效率，从而高效制备环磷腺苷。. 本项目提出的基于辅因子调控来合理分配代谢流，提高目标产物合成效率的方法也可为其它生物催化体系提供理论基础和研究方法，具有一定的科学研究价值和实际应用价值。

能量ATP等辅因子在生理过程和代谢过程中具有重要作用，辅因子的调控可以为实现特定的工业技术目标提供一个强大的工具来大幅度提高生物合成的效率。.基于文献资料和cAMP生物合成途径，建立了cAMP生物合成代谢网络，基于化学计量式建立了代谢流量平衡模型。结合离线实验数据，利用代谢流量平衡模型计算出了cAMP发酵过程的代谢流分布，并通过线性规划得到cAMP合成途径的理想代谢流分布。以次黄嘌呤为前体物质，氟化钠作为EMP途径的抑制剂，VB1作为TCA循环的激活剂，cAMP的产量达到了15.76 g/L，环磷腺苷得率提高了56%，从而高效的制备了环磷腺苷。本项目提出的基于辅因子调控来合理分配代谢流，提高目标产物合成效率的方法也可为其它生物催化体系提供理论基础和研究方法，具有一定的科学研究价值和实际应用价值。