氨甲酰磷酸的合成具有極為重要的意義，本研究以大腸桿菌為材料，建立了細胞水平的氨甲酰磷酸檢測體系。在此基礎上，對氨甲酰磷酸合成的CPSⅡ途徑與CK途徑在全細胞催化水平進行了相應的比較和優化。優化后的CPSⅡ途徑合成氨甲酰磷酸的能力優于CK途徑，這為相關高附加值化合物的合成提供了一種更加高效的策略。
1、背景
氨甲酰磷酸是生物合成代謝中精氨酸與嘧啶的重要前體物質，在工業微生物生產精氨酸與嘧啶及其衍生物中發揮關鍵作用。
2、目的
在大腸桿菌Escherichia coli BW25113中比較氨甲酰磷酸不同合成途徑的催化效率。
3、方法
在大腸桿菌Escherichia coli BW25113中過表達鳥氨酸氨甲酰基轉移酶(OTC)的基礎上，分別過表達大腸桿菌自身的氨基甲酸激酶(CK)和氨甲酰磷酸合酶(CPSⅡ)并表征其反應效果。通過優化底物供應(調整底物濃度與引入L-谷氨酰胺合成酶)對CK與CPSⅡ的催化反應進行優化。
4、結果
在大腸桿菌中過表達OTC，建立細胞水平氨甲酰磷酸檢測體系。在此基礎上比較不同來源的CK，發現大腸桿菌來源的CK效果最好，50 mmol/L NH4HCO3條件下全細胞催化9 h得到2.95±0.15 mmol/L L-瓜氨酸；過表達CPSⅡ時，50 mmol/L L-谷氨酰胺催化9 h得到3.16±0.29 mmol/L L-瓜氨酸。通過改變底物NH4HCO3濃度和引入外源L-谷氨酰胺合成酶(GS)等方式對CK與CPSⅡ的催化反應分別進行優化后，100 mmol/L NH4HCO3條件下，L-瓜氨酸濃度分別提高至4.67±0.55 mmol/L和6.12±0.38 mmol/L，且過表達GS后CPSⅡ途徑可以利用NH3，不需要額外添加L-谷氨酰胺。
5、結論
【結論】引入L-谷氨酰胺合成酶后的CPSⅡ途徑合成氨甲酰磷酸的能力優于CK途徑，為精氨酸、嘧啶及其衍生物的合成提供了一種更加高效的策略。
圖1氨甲酰磷酸的不同合成途徑與L-瓜氨酸合成途徑
圖2 SDS-PAGE分析不同來源CK的蛋白表達(A)與催化能力比較(B)
圖3 SDS-PAGE分析CPSⅡ的蛋白表達(A)與催化效果(B)
圖4 NH4HCO3濃度對菌株ECFI合成氨甲酰磷酸的影響
圖5引入兩岐雙岐桿菌來源GS對CPSⅡ途徑的影響(A)，以及降低L-谷氨酰胺添加量對菌株GSABFI的影響(B)
圖6兩種合成氨甲酰磷酸途徑的比較
