范文一：色氨酸分解代谢对T细胞分化增殖的影响

DOI:10.15906/j.cnki.cn11-2975/s.2007.18.001

４

中国饲料２００７年第１８

期

色氨酸分解代谢对Ｔ细胞分化增殖的影响

四川农业大学动物营养研究所

彭全辉

王之盛

周安国

［摘要］色氨酸是动物必需氨基酸之一。体内色氨酸在吲哚胺－２，３－双加氧酶（ＩＤＯ）等相关酶的作用下进行分解

代谢，发挥重要生理作用，包括抑制Ｔ细胞分化增殖和影响Ｔ细胞功能。本文就色氨酸分解代谢对Ｔ淋巴细胞的影响及可能机理作一综述。

［关键词］色氨酸；分解代谢；Ｔ淋巴细胞增殖抑制［中图分类号］Ｓ８１６．７

［文献标识码］Ａ

［文章编号］１００４－３３１４（２００７）１８－０００４－０４

［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｒｙｐｔｏｐｈａｎｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｅｓｓｅｎｔｉａｌａｍｉｎｏａｃｉｄ，ｗｈｉｃｈｗａｓｃａｔａｂｏｌｉｓｍｅｄｂｙｉｎｄｏｌｅａｍｉｎｅ２，３－ｄｉｏｘｙｇｅｎａｓｅ

（ＩＤＯ）ａｎｄｏｔｈｅｒｒｅｌａｔｅｄｅｎｚｙｍｅｓ，ｔｒｙｐｔｏｐｈａｎｐｒｏｇｒｅｓｓｃａｔａｂｏｌｉｓｍｉｎｖｉｖｏ，ａｎｄｅｄｕｃｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，ｉｎ－

ｃｌｕｄｉｎｇｉｎｈｉｂｉｔｉｎｇＴｌｙｍｐｈｏｃｙｔｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｌｉｆｅｒａｔｉｏｎ，ａｎｄａｆｆｅｃｔｉｎｇＴｌｙｍｐｈｏｃｙｔｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｒｙｐｔｏ－ｐｈａｎｃａｔａｂｏｌｉｓｍｏｎＴｌｙｍｐｈｏｃｙｔｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｎｄｉｔｓｍｅｃｈａｎｉｓｍｗｅｒｅｓｔａｔｅｄ．

［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｔｒｙｐｔｏｐｈａｎ；ｃａｔａｂｏｌｉｓｍ；ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｌｉｆｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｃｅｌｌ

色氨酸化学名称为α－氨基－β－吲哚丙酸，是动物必需氨基酸之一。早期对色氨酸的研究多限于动物需要量以及色氨酸对提高动物生长性能、减小应激及改善屠体品质等方面。随着营养免疫学的兴起，加速了对色氨酸分解代谢对动物免疫功能影响的研究。Ｍｕｎｎ等（１９９８）和Ｔｅｒｎｅｓｓ等（２００２）研究表明，色氨酸分解代谢可抑制Ｔ细胞分化增殖。Ｆａｌｌａｒｉｎｏ等（２００６）报道，色氨酸分解代谢影响Ｔ细胞表面受体的表达，进而影响Ｔ细胞功能。本文综述了色氨酸分解代谢对Ｔ细胞的影响及可能机理。

ＨＴ）可生成褪黑激素（高晶，２００５）。

——ＩＤＯ１．２色氨酸分解代谢限速酶—

ＩＤＯ是

肝脏以外唯一可催化Ｌ－色氨酸分子中吲哚环氧化裂解，从而沿犬尿酸原途径分解代谢的限速酶。在动物体内，对ＩＤＯ的表达起激活作用的细胞因子有许多，其中最主要的激活物是干扰素－γ（ＩＦＮ－γ）。Ｔａｋｉｋａｗａ等（１９８８）试验表明，在人的１１个细胞系的培养基添加１０３单位／ｍＬＩＦＮ－γ培养

７２ｈ后，其中７个表达ＩＤＯ的细胞系生长受抑

制。经检测，培养液中色氨酸耗竭（浓度低于ｌμｍｏｌ／Ｌ），在向７个生长受抑制细胞系的培养液中

添加色氨酸后，其中２个细胞系抑制现象消除。另外，ＩＦＮ－γ对ＩＤＯ的诱导作用依赖于其浓度和作用时间。在剩下的４个生长未受抑制的细胞系的培养液中添加１０４Ｕ／ｍＬＩＦＮ－γ培养１４４ｈ，其生长仍不受影响，ＩＦＮ－α、ＩＦＮ－β对这些细胞系的生长不起抑制作用。Ｂｙｒｎｅ等（１９８６）报道，用６ＢＣ系衣原体（Ｃｈｌａｍｙｄｉａｐｓｉｔｔａｃｉ）感染尿路上皮细胞（Ｔ２４），然后在该细胞培养液中加入人类重组，细胞内衣原体生长被抑制，向培养液中添ＩＦＮ－γ

加色氨酸后，抑制现象解除。Ｆｕｊｉｇａｋｉ等（２００２）报道，在受鼠弓形体（Ｔｏｘｏｐｌａｓｍａｇｏｎｄｉｉ，Ｔ．ｇｏｎｄｉｉ）感染的野生型Ｃ５７ＢＬ／６Ｊ小鼠的最初７ｄ内，其血浆（４．０７Ｌ－犬尿酸（Ｌ－ＫＹＮ）始末浓度为（１．４２±０．０９）、

１分解代谢途径及相关酶

１．１分解代谢途径Ｌ－色氨酸在动物体内有２

条去向：一是作为合成组织蛋白质的原料，另一个则是进行分解代谢。Ｌ－色氨酸在其分解代谢过程中产生一系列的生物活性物质，发挥重要的生理作用。Ｌ－色氨酸在体内的分解主要通过３条途径，其中最主要的是犬尿酸原代谢途径，机体内大部分的色氨酸经此途径排泄（Ｇｒｏｈｍａｎｎ等，２００３；

Ｓｈｉｍｉ等，１９７８）；其次，有少量Ｌ－色氨酸经过另一种保留吲哚环的途径代谢（李剑欣等，２００５）；最

后，在松果体、嗜铬细胞内，在５－羟色胺－Ｎ－乙酰转移酶和羟基吲哚－Ｏ－甲基转移酶的联合作用下，色氨酸经５－羟色胺（５－ｈｙｄｒｏｘｙｔｒｙｐｔａｍｉｎｅ，５－

２００７年第１８期中国饲料

５

±０．３３）μｍｏｌ／Ｌ（Ｐ＜０．０５），在第１４天达最大值，为最初的３．２４倍；肺部ＩＤＯ的活力从最初的（４５０±７９）ｐｍｏｌ／ｍｇ蛋白质增加到第１４天的（８０９００±２９５００）ｐｍｏｌ／ｍｇ蛋白质，增幅达１７９倍；脑部ＩＤＯ

的活力则从最初的（２５．５±５．１）ｐｍｏｌ／ｍｇ蛋白质增加到第１４天的（５０４９±１９３６）ｐｍｏｌ／ｍｇ蛋白质，增幅达１９８倍。Ｌ－ＫＹＮ浓度、肺部和脑部ＩＤＯ的活力均保持到第２８天，此后开始下降。相反，这些变化在ＩＦＮ－γ基因敲出（ＩＦＮ－γＫＯ）的受感和未受感野生型小鼠中均不发生。Ｓｉｌｖａ等（２００２）也得到相似的结果。在用Ｔ．ｇｏｎｄｉｉ感染小鼠后的５～３０ｄ内，其血浆、肺部以及脑部Ｌ－色氨酸浓度均下降，

染的ＭＣ５７Ｇ细胞共同培养的ＣＤ８＋Ｔ细胞数量保持不变。Ｆｒｕｍｅｎｔｏ等（２００２）的试验表明，色氨酸分解代谢除抑制来源于人外周单核血淋巴细胞（ＰＢＬｓ）的ＣＤ４＋、ＣＤ８＋Ｔ细胞增殖外，还抑制ＮＫ细胞增殖，但Ｂ细胞的增殖不受影响。Ｔｅｒｎｅｓｓ等（２００２）认为，色氨酸分解代谢，除诱导Ｔ细胞凋亡外，还诱导ＮＫ、Ｂ细胞凋亡。Ｌｉｕ等（２００７）报道，体内高度表达的ＩＤＯ催化降解色氨酸，从而削弱中央记忆ＣＤ８＋Ｔ细胞（ＴＣＭ）、效应子记忆ＣＤ８＋Ｔ细胞（ＴＥＭ）两者的增殖能力，抑制ＴＣＭ的功能及其介导的同种移植排斥，不抑制ＴＥＭ的功能及其介导的同种移植排斥。这表明ＴＥＭ一旦产生其功能就不依赖于色氨酸，但ＴＣＭ对色氨酸分解代谢所诱导的细胞凋亡有抵抗作用。Ｍｅｌｌｏｒ等（２００４）的体内试验表明，经细胞溶解性Ｔ淋巴细胞相关抗原（ＣＴＬＡ－４－Ｉｇ）处理的ＩＤＯ－ＷＴ小鼠与对照组相比，其Ｔ细胞数量减少７０％～９５％。Ｍｅｌｌｏｒ等（２００５）报道，将特定的Ｈ－２ＫｂＣＤ８＋Ｔ细胞注射进入ＴＣＲ转基因小鼠ＢＭ３体内，经ＣＴＬＡ－４－Ｉｇ处理的小鼠脾脏组织内ＣＤ８＋Ｔ细胞的增殖完全被抑制（９９％）。

Ｌ－ＫＹＮ水平升高；第１０～２０天检测到ＩＤＯｍＲ－ＮＡ的表达和酶活的最大值，而以上情况在ＩＦＮ－γ

或干扰素调节因子缺失的小鼠中未曾见到。

以上研究表明，正常状态下ＩＤＯ呈低水平表达，当病原体侵入机体组织，淋巴细胞在感染部位聚集并释放ＩＦＮ－γ，诱导ＩＤＯ表达增加，ＩＤＯ催化降解色氨酸，使病原菌处于色氨酸耗竭状态，而处于迅速分裂期的细胞或病原微生物，如肿瘤细胞、病毒以及细菌等对此尤为敏感，使其不能复制从而增强宿主免疫防御功能。因此ＩＤＯ最初被认为是机体抵御微生物感染的效应机制之一。

２色氨酸分解代谢对Ｔ细胞的影响及可能机理２．１色氨酸分解代谢对Ｔ细胞的影响Ｍｕｎｎ等（１９９９）报道，在巨噬细胞集落刺激因子影响下成

熟的单核细胞，将Ｔ细胞以及促有丝分裂剂ａｎｔｉ－

Ｍｕｎｎ等（１９９８）和Ｓｅｄｌｍａｙｒ等（２００２）的研究证实，ＩＤＯ在胎盘中的表达对于保护胎儿免遭母体排斥至关重要。在妊娠小鼠皮下埋植ＩＤＯ抑制

物１－甲基色氨酸（１－ＭＴ）的缓释胶囊后，ＩＤＯ的活性受抑制，细胞微环境中色氨酸充足，母体Ｔ细胞分化增殖加强，母体Ｔ细胞对胚胎产生排斥而最终导致流产。

唐晓琼等（２００５）报道，ＩＦＮ－γ能诱导骨髓间充质干细胞上ＩＤＯｍＲＮＡ的表达和ＩＤＯ活性，Ｉ－

ＣＤ３和ａｎｔｉ－ＣＤ２８单克隆抗体（ｍＡｂ）与单核细胞混合培养，培养液中添加有色氨酸组Ｔ细胞可正

常地完成细胞有丝分裂周期并分化增殖，而对照组的Ｔ细胞则停留在Ｇ１中期，不能进入Ｓ期。经检测，未添加组的Ｔ细胞有ＣＤ６９、ＣＤ７１以及

ＤＯｍＲＮＡ的表达量和ＩＤＯ活性与ＩＦＮ－γ浓度呈

现明显的剂量依赖关系，骨髓间充质干细胞的Ｉ－

ＩＦＮ－γ等的表达，而没有ＤＮＡ的合成，这就表明，不是因为无蛋白质合成而导致的Ｔ细胞分化的停滞。但也有不同报道，Ｆａｌｌａｒｉｎｏ等（２００２）报道，

添加１０μｍｏｌ／Ｌ的色氨酸代谢物３－羟基氨基苯甲酸（３－ＨＡＡ）或喹啉酸（ＱＵＩＮ）到经抗原刺激的

ＤＯ活性能抑制混合淋巴细胞体系中Ｔ淋巴细胞

增殖率。骨髓间充质干细胞在体外可抑制异体Ｔ淋巴细胞的免疫应答。唐晓琼等（２００６）认为，白血

病细胞表达的ＩＤＯ活性能阻止外周Ｔ淋巴细胞的增殖。

Ｔ细胞培养液中２４ｈ后，经荧光检测到大量Ｔｈ１

细胞ＤＮＡ碎片，而非Ｔｈ２细胞ＤＮＡ碎片。Ｍｅｌｌｏｒ

等（２００２）报道，将ＣＤ８＋Ｔ细胞与经带菌体感染的

２．２色氨酸分解代谢影响Ｔ细胞的可能机理

体内色氨酸分解代谢对Ｔ细胞的影响是由细胞微环境中色氨酸耗竭所引起，但是由于色氨酸代谢产物对Ｔ细胞的毒性作用，还是色氨酸耗竭与代谢产物的毒性两者共同影响Ｔ细胞功能，还有

ＭＣ５７Ｇ细胞共同培养７２ｈ，经流式细胞计量仪检

测，ＣＤ８＋Ｔ细胞数量增加了２．５倍，而与经ＩＤＯ转

待进一步研究。

间依赖性和选择性，抑制效应随着时间的延长而增强；代谢物对活化Ｔ细胞抑制达６０％，而对静息细胞仅２１％。在此期间，除Ｔ细胞凋亡外，Ｂ细胞和ＮＫ细胞也凋亡。Ｆａｌｌａｒｉｎｏ等（２００２）报道，添加１０μｍｏｌ／Ｌ的色氨酸代谢物３－ＨＡＡ或ＱＵＩＮ到经抗原刺激的Ｔ细胞中２４ｈ后，经荧光检测到大量Ｔｈ１细胞ＤＮＡ碎片，而非Ｔｈ２细胞ＤＮＡ碎片。Ｆｒｕｍｅｎｔｏ等（２００２）报道，色氨酸代谢物Ｌ－

２．２．１细胞微环境中色氨酸耗竭抑制Ｔ细胞分

化增殖。Ｔａｋｉｋａｗａ等（１９８８）研究表明，在７个生长受抑制的细胞系中可见色氨酸完全耗竭浓度低于

１μｍｏｌ／Ｌ，其中两个细胞系在其培养液中添加色

氨酸后其生长抑制现象消失。Ｍｕｎｎ等（１９９９）报道，在有色氨酸的情况下，活化的Ｔ细胞能够进行蛋白质的合成，上调ＩＬ－２受体和ＩＬ－２，进入细胞有丝分裂周期；在色氨酸缺乏的情况下，细胞有丝分裂停滞在Ｇ１期，停滞在Ｇ１期的Ｔ细胞可以存活７２ｈ以上，在其培养液中添加色氨酸后１２～

ＫＹＮ和吡啶甲酸二者对外周血淋巴细胞（ＰＢＬｓ：ＣＤ４＋、ＣＤ８＋Ｔ细胞、ＮＫ和Ｂ细胞）增殖的抑制具有

协同效应。经检测受抑制的ＰＢＬｓ停滞在Ｇ１期，受抑制的ＰＢＬｓ在洗去Ｌ－ＫＹＮ后，增殖能力恢复，这与Ｍｕｎｎ等（１９９９）报道一致，有所不同的是，能否恢复增殖还取决于Ｌ－ＫＹＮ作用的时间，如果时间过长，淋巴细胞凋亡，其增殖能力则不能恢复。在有色氨酸存在的情况下，对ＰＢＬｓ增殖能力的抑制所需的Ｌ－ＫＹＮ和吡啶甲酸的浓度要比没有色氨酸存在时要高，且在有色氨酸存在的情况下，ＱＵＩＮ对ＰＢＬｓ的增殖无抑制作用，这与Ｆａｌ－

１６ｈ，向其提供Ｔ细胞受体信号，Ｔ细胞可继续进

行有丝分裂并进入Ｓ期。将巨噬细胞和Ｔ细胞混

合培养，这期间Ｔ细胞增殖受到抑制，经氨基酸检测，培养液中仅色氨酸的量减少，Ｌ－ＫＹＮ／ＴＲＰ比例增大。向培养液中添加氨基酸，只有添加色氨酸之后Ｔ细胞增殖能力才得以恢复。用ＩＤＯ抑制剂１－ＭＴ抑制ＩＤＯ活性后，巨噬细胞抑制Ｔ细胞增殖的能力消失，该效应呈剂量依赖性；用ＩＤＯ的另外一种抑制剂６－硝基－色氨酸抑制ＩＤＯ活性得到同样效果。这就表明巨噬细胞或抗原呈递细胞所表达的ＩＤＯ能够降解细胞微环境中的色氨酸，使Ｔ细胞处于色氨酸耗竭的状态，从而抑制Ｔ细胞的增殖分化。Ｍｅｌｌｏｒ和Ｍｕｎｎ（２００４）所得结论与此相同。但也有不同报道，Ｔｅｒｎｅｓｓ等（２００２）和

ｌａｒｉｎｏ等（２００２）报道相反。在没有色氨酸存在情

况下，ＱＵＩＮ的抑制作用依赖于其浓度。另外该试验还证明，色氨酸代谢物对ＰＢＬｓ增殖能力的抑制作用只针对受刺激的活化细胞，对静息细胞无作用，这与Ｔｅｒｎｅｓｓ等（２００２）所得结果相似。

２．２．３色氨酸耗竭与色氨酸代谢产物的细胞毒性

Ｆａｌｌａｒｉｎｏ等（２００２）认为，Ｔ细胞分化增殖过程一

旦停滞，即使添加色氨酸到培养液中也不能使其再继续进行有丝分裂而增殖，因为Ｔ细胞已经凋亡。

两者共同作用抑制Ｔ细胞功能ＣＤ３ζ的下调对Ｔ细胞的免疫功能有削弱作用。Ｆａｌｌａｒｉｎｏ等（２００６）将ＣＤ４＋和ＣＤ８＋Ｔ细胞与树突细胞混合培养，未添加１－ＭＴ组的ＣＤ８＋Ｔ细胞表面ＴＣＲζ）的－链（ＣＤ３ζ表达减少，添加组则未见减少。培养液中色氨酸浓度由５０μｍｏｌ／Ｌ降到５μｍｏｌ／Ｌ，色氨酸代谢物Ｌ－

２．２．２色氨酸代谢产物的细胞毒性作用诱导Ｔ

细胞凋亡。Ｔｅｒｎｅｓｓ等（２００２）报道，将人的ＩＤＯ基因转树突状细胞并让其表达，将其和同源异体Ｔ细胞混合培养。经检测，培养液中色氨酸浓度下降，色氨酸代谢物Ｌ－ＫＹＮ、３－ＨＫ和３－ＨＡＡ浓度升高，Ｔ细胞增殖受抑制。３种代谢物对Ｔ细胞增殖抑制所需要浓度依次为：３－ＨＡＡ，Ｉ５０＝９６μｍ／

ＫＹＮ、３－ＨＫ、３－ＨＡＡ、ＱＵＩＮ等均呈不同微摩尔浓

度增加。因为体内色氨酸代谢总是色氨酸浓度减少和产生分解代谢产物同时发生，作者做了另外三个处理，处理１：低色氨酸浓度（ＬＴ，５μｍｏｌ／Ｌ）；处理２（ＫＹＮ）：３－ＨＫ、３－ＨＡＡ、ＱＵＩＮ等各１０

ｍＬ；３－ＨＫ，Ｉ５０＝１８７μｍ／ｍＬ；Ｌ－ＫＹＮ，Ｉ５０＝５５３μｍ／

色氨酸代谢物对Ｔ细胞增殖抑制具有叠加效ｍＬ。应。当Ｌ－ＫＹＮ和其他代谢物混合（３－ＨＫ、苯甲酸、３－ＨＡＡ和ＱＵＩＮ）时候所需抑制浓度为Ｉ５０＝１５μｍ，Ｌ－ＫＹＮ与３－ＨＡＡ混合后的抑制浓度为Ｉ５０＝２１μｍ。同时还证明了代谢物的抑制效应具有时

μｍｏｌ／Ｌ的混合物；处理３：ＬＴ和色氨酸代谢物混

合物（ＬＴ－ＫＹＮ），体内都是色氨酸与其代谢产物共存的状态。将ＣＤ４＋、ＣＤ８＋Ｔ细胞在以上３个处理

的条件下培养，结果表明只有ＬＴ－ＫＹＮ组对ＣＤ８＋的下调有明显作用。这就说明ＩＤＯ催Ｔ细胞ＣＤ３ζ

（下转第１０页）

ＣｏｔｔｏｎｓｅｅｄＰｒｏｄｕｃｔｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｏｄＳｃｉｅｎｃｅ，１９８４，４９：１７２６～１７３３．

［６］ＦａｌｌａｒｉｎｏＦ，ＧｒｏｈｍａｎｎＵ，ＶａｃｃａＣ，ｅｔａｌ．Ｔｃｅｌｌａｐｏｐｔｏｓｉｓｂｙｔｒｙｐｔｏｐｈａｎｃａｔａｂｏｌｉｓｍ［Ｊ］．ＣｅｌＤｅａＤｉｆｆｅｒ，２００２，９：１０６９～１０７７．

［７］ＦａｌｌａｒｉｎｏＦ，ＧｒｏｈｍａｎｎＵ，ＹｏｕＳ，ｅｔａｌ．ＴｈｅＣｏｍｂｉｎｅｄＥｆｆｅｃｔｓｏｆＴｒｙｐｔｏ－ｐｈａｎＳｔａｒｖａｔｉｏｎａｎｄＴｒｙｐｔｏｐｈａｎＣａｔａｂｏｌｉｔｅｓＤｏｗｎ－ＲｅｇｕｌａｔｅＴＣｅｌｌＲｅｃｅｐ－ｔｏｒζ－ＣｈａｉｎａｎｄＩｎｄｕｃｅａＲｅｇｕｌａｔｏｒｙＰｈｅｎｏｔｙｐｅｉｎＮａｉｖｅＴＣｅｌｌｓ［Ｊ］．ＪＩｍ－ｍｕｎｏｌ，２００６，１７６：６７５２～６７６１．

［８］ＦｒｕｍｅｎｔｏＧ，ＲｏｔｏｎｄｏＲ，ＴｏｎｅｔｔｉＭ，ｅｔａｌ．Ｔｒｙｐｔｏｐｈａｎ－ｄｅｒｉｖｅｄＣａｔａｂｏｌｉｔｅｓＡｒｅＲｅｓｐｏｎｓｉｂｌｅｆｏｒＩｎｈｉｂｉｔｉｏｎｏｆＴａｎｄＮａｔｕｒａｌＫｉｌｌｅｒＣｅｌｌＰｒｏｌｉｆｅｒａｔｉｏｎＩｎ－ｄｕｃｅｄｂｙＩｎｄｏｌｅａｍｉｎｅ２，３－Ｄｉｏｘｙｇｅｎａｓｅ［Ｊ］．ＪＥｘｐＭｅｄ，２００２，１９６：４５９～４６８．［９］ＦｕｊｉｇａｋｉＳ，ＳａｉｔｏＫ，ＴａｋｅｍｕｒａＭ，ｅｔａｌ．Ｌ－Ｔｒｙｐｔｏｐｈａｎ－Ｌ－ＫｙｎｕｒｅｎｉｎｅＰａｔｈｗａｙＭｅｔａｂｏｌｉｓｍＡｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｂｙＴｏｘｏｐｌａｓｍａｇｏｎｄｉｉＩｎｆｅｃｔｉｏｎＩｓＡｂｏｌｉｓｈｅｄｉｎＧａｍｍａＩｎｔｅｒｆｅｒｏｎ－Ｇｅｎｅ－ＤｅｆｉｃｉｅｎｔＭｉｃｅ：Ｃｒｏｓｓ－ＲｅｇｕｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＩｎ－ｄｕｃｉｂｌｅＮｉｔｒｉｃＯｘｉｄｅＳｙｎｔｈａｓｅａｎｄＩｎｄｏｌｅａｍｉｎｅ－２，３－Ｄｉｏｘｙｇｅｎａｓ［Ｊ］．ＩｎｆｅｃｔＩｍｍｕｎ，２００２，７０（２）：７７９～７８６．

［１０］ＧｒｏｈｍａｎｎＵ，ＦａｌｌａｒｉｎｏＦ，ＰｕｃｃｅｔｔｉＰ．Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ，ＤＣｓａｎｄｔｒｙｐｔｏｐｈａｎ：ｍｕｃｈａｄｏａｂｏｕｔＩＤＯ［Ｊ］．ＴｒｅＩｍｍｕｎｏｌ，２００３，２４：２４２～２４８．

［１１］ＬｉｕＺＷ，ＤａｉＨＨ，ＷａｎＮ，ｅｔａｌ．ＳｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆＭｅｍｏｒｙＣＤ８＋ＴＣｅｌｌＧｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄＦｕｎｃｔｉｏｎｂｙＴｒｙｐｔｏｐｈａｎＣａｔａｂｏｌｉｓｍ［Ｊ］．ＪＩｍｍｕｎｏｌ，２００７，１７８：４２６０～４２６６．

［１２］ＭＳｉｌｖａＮ，ＲｏｄｒｉｇｕｅｓＣＶ，ＬｕｉｚＦＬＲｅｉｓ，ｅｔａｌ．ＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆＩｎ－ｄｏｌｅａｍｉｎｅ２，３－Ｄｉｏｘｙｇｅｎａｓｅ，ＴｒｙｐｔｏｐｈａｎＤｅｇｒａｄａｔｉｏｎ，ａｎｄＫｙｎｕｒｅｎｉｎｅＦｏｒ－ｍａｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇＩｎＶｉｖｏＩｎｆｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈＴｏｘｏｐｌａｓｍａｇｏｎｄｉｉ：ＩｎｄｕｃｔｉｏｎｂｙＥｎ－ｄｏｇｅｎｏｕｓＧａｍｍａＩｎｔｅｒｆｅｒｏｎａｎｄＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆＩｎｔｅｒｆｅｒｏｎＲｅｇｕｌａｔｏｒｙＦａｃ－ｔｏｒ－１［Ｊ］．ＩｎｆｅｃｔＩｍｍｕｎ，２００２，７０（２）：８５９～８６８．

［１３］ＭｅｌｌｏｒＡＬ，ＣｈａｎｄｌｅｒＰ，ＢａｂａｎＢ，ｅｔａｌ．Ｓｐｅｃｉｆｉｃｓｕｂｓｅｔｓｏｆｍｕｒｉｎｅｄｅｎ－ｄｒｉｔｉｃｃｅｌｌｓａｃｑｕｉｒｅｐｏｔｅｎｔＴｃｅｌｌｒｅｇｕｌａｔｏｒｙｆｕｎｃｔｉｏｎｓｆｏｌｌｏｗｉｎｇＣＴＬＡ４－ｍｅｄｉ－ａｔｅｄｉｎｄｕｃｔｉｏｎｏｆｉｎｄｏｌｅａｍｉｎｅ２，３ｄｉｏｘｙｇｅｎａｓｅ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒＩｍｍｕｎｏｌ，２００４，１６：１３９１～１４０１．

［１４］ＭｅｌｌｏｒＡＬ，ＭｕｎｎＤＨ．ＩＤＯｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｂｙｄｅｎｄｒｉｔｉｃｃｅｌｌｓ：ｔｏｌｅｒａｎｃｅａｎｄｔｒｙｐｔｏｐｈａｎｃａｔａｂｏｌｉｓｍ［Ｊ］．ＮａｔＲｅＩｍｍｕｎｏｌ，２００４，４：７６２～７７４．

［１５］ＭｅｌｌｏｒＡＬ，ＫｅｓｋｉｎＤＢ，ＪｏｈｎｓｏｎＴ，ｅｔａｌ．ＣｅｌｌｓＥｘｐｒｅｓｓｉｎｇＩｎｄｏｌｅａｍｉｎｅ２，３－ＤｉｏｘｙｇｅｎａｓｅＩｎｈｉｂｉｔＴＣｅｌｌＲｅｓｐｏｎｓｅｓ［Ｊ］．ＪＩｍｍｕｎｏｌ，２００２，１６８：３７７１～３７７６．

［１６］ＭｅｌｌｏｒＡＬ，ＢａｂａｎＢ，ＣｈａｎｄｌｅｒＰ，ｅｔａｌ．ＣｕｔｔｉｎｇＥｄｇｅ：ＩｎｄｕｃｅｄＩｎ－ｄｏｌｅａｍｉｎｅ２，３ＤｉｏｘｙｇｅｎａｓｅＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎｉｎＤｅｎｄｒｉｔｉｃＣｅｌｌＳｕｂｓｅｔｓＳｕｐｐｒｅｓｓｅｓＴＣｅｌｌＣｌｏｎａｌＥｘｐａｎｓｉｏｎ［Ｊ］．ＪＩｍｍｕｎｏｌ，２００３，１７１：１６５２～１６５５．

［１７］ＭｕｎｎＤＨ，ＭＺｈｏｕ，ＡｔｔｗｏｏｄＪＴ，ｅｔａｌ．Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｏｆａｌｌｏｇｅｎｅｉｃｆｅｔａｌｒｅｊｅｃｔｉｏｎｂｙｔｒｙｐｔｏｐｈａｎｃａｔａｂｏｌｉｓｍ［Ｊ］．Ｓｃｉ，１９９８，２８ｌ：１９１１～１１９３．

［１８］ＭｕｎｎＤＨ，ＳｈａｆｉｚａｄｅｈＥ，Ａｔｔｗｏｏｄ，ＪＴ，ｅｔａｌ．ＩｎｈｉｂｉｔｉｏｎｏｆＴｃｅｌｌｐｒｏｌｉｆ－ｅｒａｔｉｏｎｂｙｍａｃｒｏｐｈａｇｅｔｒｙｐｔｏｐｈａｎｃａｔａｂｏｌｉｓｍ［Ｊ］．ＪＥｘｐＭｅｄ，１９９９，１８９：１３６３～１３７２．

［１９］ＳｅｄｌｍａｙｒＰ，ＢｌａｓｃｈｉｔｚＡ，ＷｉｎｔｅｒｓｔｅｉｇｅｒＲ．Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｉｎｄｏｌｅａｍｉｎｅ２，３－ｄｉｏｘｙｇｅｎａｓｅｉｎｈｕｍａｎｆｅｍａｌｅｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅｏｒｇａｎｓａｎｄｔｈｅｐｌａｃｅｎｔａ［Ｊ］．ＭｏｌｅｃＨｕｍＲｅｐｒｏｄｕ，２００２，８：３８５～３９１．

［２０］ＳｈｉｍｉＴ，ＮｏｍｉｙａｍａＳＦ，Ｈｉｒａｔａ，ｅｔａｌ．Ｉｎｄｏｌｅａｍｉｎｅ２，３－ｄｉｏｘｙｇｅｎａｓｅ：ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｓｏｍｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｊ］．ＪＢｉｏＣｈｅｍ，１９７８，２５３：４７００～４７０６．［２１］ＴａｋｉｋａｗａＯ，ＫｕｒｏｉｗａＴ，ＹａｍａｚａｋｉＦ，ｅｔａｌ．ＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＩｎｔｅｒｆｅｒｏｎ－γＡｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪＢｉｏＣｈｅｍ，１９８８，２６３：２０４１～２０４８．

［２２］ＴｅｒｎｅｓｓＰ，ＴｈｏｍａｓＭＢ，ＬａｒｓＲ#ｓｅ，ｅｔａｌ．ＩｎｈｉｂｉｔｉｏｎｏｆＡｌｌｏｇｅｎｅｉｃＴＣｅｌｌＰｒｏｌｉｆｅｒａｔｉｏｎｂｙＩｎｄｏｌｅａｍｉｎｅ２，３－Ｄｉｏｘｙｇｅｎａｓｅ－ｅｘｐｒｅｓｓｉｎｇＤｅｎｄｒｉｔｉｃＣｅｌｌｓ：ＭｅｄｉａｔｉｏｎｏｆＳｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｂｙＴｒｙｐｔｏｐｈａｎＭｅｔａｂｏｌｉｔｅｓ［Ｊ］．ＪＥｘｐＭｅｄ，２００２，１９６：４４７～４５７．

［２２］ＮａｇａｌａｋｓｈｍＩＤ，ＳａｓｔｒｙＶＲＢ，ＡｇｒａｗａｌＤＫ．ＤｅｔｏｘｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆＵｎｄｅｃｏｒ－ｔｉｃａｔｅｄＣｏｔｔｏｎｓｅｅｄＭｅａｌｂｙＶａｒｉｏｕｓＰｈｙｓｉｃａｌａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｓ［Ｊ］．ＡｎｉｍａｌＮｕｔｒｉｔｉｏｎａｎｄＦｅｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００２，２（２）：１１７～１２６．

［２３］ＮａｇａｌａｋｓｈｍＩＤ，ＳａｓｔｒｙＶＲＢ，ＰａｗｄｅＡ．ＲｕｍｅｎｆｅｍｅｎｔａｔｉｏｎＰａｔｔｅｍｓａｎｄＮｕｔｒｉｅｎｔＤｉｇｅｓｔｉｏｎｉｎＬａｍｂｓＦｅｄＣｏｔｔｏｎｓｅｅｄＭｅａｌＳｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｌＤｉｅｔｓ［Ｊ］．ＡｎｉｍａｌＦｅｅｄＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００３，１０３：１～４．

［２４］ＲａｌｍａＥＨ，ＮａｒａｓｉｎｇｏＲａｏＭＳ．ＧｏｓｓｙｐｏｌｒｅｍｏｖａｌａｎｄＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＰｒｏｐ－ｅｒｔｉｅｓｏｆＰｒｏｔｅｉｎＰｒｏｄｕｃｅｄｃｂｙＥｘｔｒａｃｔｉｏｎｏｆＧｌａｎｄｅｄＣｏｔｔｏｎｓｅｅｄｗｉｔｈＤｉｆｆｅｒ－ｅｎｔＳｏｌｖｅｎｔｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｏｄＳｃｉｅｎｃｅ，１９８４，４９：１０５７～１０６０．

［２５］ＲａｎｄｅｌＲＤ，ＣｈａｓｅＣＣ，Ｊｒ，ｅｔａｌ．ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＧｏｓｓｙｐｏｌａｎｄＣｏｔｔｏｎｓｅｅｄＰｒｏｄｕｃｔｓｏｎＲｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＭａｍｍａｌｓ［Ｊ］．ＪＡｎｉｍＳｃｉ，１９９２，７０：１６２８～１６３８．［２６］ＲｏｂｉｎｓｏｎＰＨ，ＧｅｔａｃｈｅｗＧ，ＤｅＰｅｔｅｒｓＥＪ，ｅｔａｌ．ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｖａｒｉｅｔｙａｎｄＳｔｏｒａｇｅｆｏｒｕｐｔｏ２２ＤａｙｓｏｎＮｕｔｒｉｅｎｔＣｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄＧｏｓｓｙｐｏｌｌｅｖｅｌｏｆＰｍａＣｏｔｔｏｎｓｅｅｄ（Ｇｏｓｓｙｐｉｕｍｓｐｐ）［Ｊ］．ＡｎｉｍａｌＦｅｅｄＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００１，６１：１４６～１５６．

［通讯地址：广州市，邮编：５１０６１０］

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

（上接第６页）

化色氨酸降解对Ｔ细胞功能产生抑制作用的机

理是通过降解机体局部微环境中的色氨酸，引起色氨酸耗竭，以及其降解产物对Ｔ细胞的毒性作用，这两者联合共同抑制Ｔ细胞功能。

３结束语

色氨酸在ＩＤＯ等酶的催化作用下分解代谢，

该过程中所产生的一系列效应能抑制Ｔ细胞分化增殖，影响Ｔ细胞功能以及诱导其凋亡等。细胞微环境中色氨酸的耗竭和色氨酸分解代谢产物的细胞毒性两者联合作用共同调节Ｔ胞功能。今后应加强研究以下几方面：色氨酸对猪禽免疫抗病方面的影响；色氨酸代谢影响Ｔ细胞功能的具体机理；色氨酸代谢如何影响其他免疫细胞以及其对体液免疫有何影响等。

（基金项目：教育部长江学者和创新团队发展计划资助，项目编号：ＩＲＴ０５５５）

参考文献

［１］高晶．色氨酸营养研究进展［Ｊ］．畜禽业，２００５，９：２０～２１．

［２］李剑欣，张绪梅，徐琪寿．色氨酸的生理生化作用及其应用［Ｊ］．氨基酸和

生物资源，２００５，２７（３）：５８～６２．

［３］唐晓琼，赵智刚，王红祥．急性髓细胞白血病细胞的吲哚胺－２，３－双加氧

酶介导免疫逃逸的实验研究［Ｊ］．中国实验血液学杂志，２００６，１４（３）：５３９～

５４２．

［４］唐晓琼，赵智刚，邹萍．骨髓间充质干细胞的吲哚胺２，３一双加氧酶活

性抑制Ｔ淋巴细胞的增殖［Ｊ］．ＥｘｐＨｅｍａｔｏｌ，２００５，１１：６７２～６７５．

［５］ＢｙｒｎｅＧＩ，ＬｅｈｍａｎｎＬＫ，ＧｒｅｇｏｒｙＪ．Ｌａｎｄｒｙ．ＩｎｄｕｃｔｉｏｎｏｆＴｒｙｐｔｏｐｈａｎＣａｔａｂｏｌｉｓｍＩｓｔｈｅＭｅｃｈａｎｉｓｍｆｏｒＧａｍｍａ－Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｎ－ＭｅｄｉａｔｅｄＩｎｈｉｂｉｔｉｏｎｏｆＩｎｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒＣｈｌａｍｙｄｉａｐｓｉｔｔａｃｉＲｅｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎＴ２４Ｃｅｌｌｓ［Ｊ］．ＩｎｆｅｃｔＩｍｍｕｎ，１９８６，５３（２）：３４７～３５１．

［通讯地址：四川省雅安市，邮编：６２５０１４］

范文二：芳香烃分解代谢的龙胆酸途径

参 考 文 献

() [ 1 ] 方冶华 , 黄 勇 , 姜德成 , 等 1 应用与环境生物学报 , 1996 , 2 2: 147,1511 () [ 2 ] Joshi N T , DπSouza S F1 J Environ Sci Health , 1999 , A34 8: 16911

[ 3 ] Scannell A G M , Hill C , Ross R P , et al1 J of Appl Microbiol , 2000 , 89 : 5741

[ 4 ] Gardon H , Pauss A1 Appl Microbiol Biotech , 2001 , 56 : 517,5231

() [ 5 ] Joshi N T , DπSouza S F1 J Environ Sci Health , 1999 , A34 8: 16911 () [ 6 ] Chihcheng C , Szu K T1 Biotechnology Techniques , 1998 , 12 12: 865,8681

() [ 7 ] 刘双江 , 杨惠芳 , 周培瑾 , 等 1 环境科学 , 1995 , 16 1: 42,441

() [ 8 ] 罗志腾 , 蔡守宏 , 刘美侠 1 城市环境与城市生态 , 1990 , 3 2: 1,41

[ 9 ] Wijffels R H , Schu kking G C , Tramper J 1 J Appl Microbiol biotech , 1990 , 34 : 3991 () [ 10 ] 王 磊 , 兰淑澄 1 环境科学 , 1997 , 18 2: 18,20 , 231

[ 11 ] Veliky I A , Williams R E1 Biotechnol Lett , 1997 , 5 : 277,2801 [ 12 ] Manohar S , Kim C K , Karegoudar1 Appl Microbiol Biotech , 2001 , 55 : 311,3161

() [ 13 ] 黄 霞 , 陈 戈 , 少林广 1 中国环境科学 , 1995 , 15 10: 1,41

() [ 14 ] 严国安 , 李益健 1 环境科学研究 , 1994 , 7 1: 39,421

() [ 15 ] 杨 芬 1 曲靖师专学报 , 2000 , 19 6: 46,481

3芳香烃分解代谢的龙胆酸途径

3 3高晓莉 周宁一

()中国科学院武汉病毒研究所 武汉 430071

摘要 : 龙胆酸代谢途径是微生物降解芳香烃的 3 条典型的代谢途径之一 ,是一条重要但需要深

入研究的代谢途经 。综述了龙胆酸代谢途径的研究进展 ,特别是分子生物学方面的成果。 关键

词 : 芳香烃代谢 , 龙胆酸途径 , 基因克隆

() 中图分类号 : Q935 文献标识码 : A 文章编号 : 025322654 20030320081205

GENTISATE PATHWAY IN AROMATIC CATABOL ISM

GAO Xiao2Li ZHOU Ning2Yi

( )W uhan Instit ute of V i rology , Chinese Academy of Sciences , W uhan 430071 ( ) Abstract : Gentisate 2 , 52dihydroxybenzoatepathway is one of three typical routes for bacterial aromatic

catabolism1 Although it is less common than either of the extensively studied pathways through catechols , the

gentisate pathway also plays an important role in bacterial aromatic catabolism1 This article reviews recent devel2

opments of this pathway , both in biochemistry and molecular biology1

Key words : Aromatic catabolism , Gentisate pathway , Gene cloning

( )3 国家自然科学基金资助项目 No1 30170036 ( )Project Granted by Chinese National Natural Science Fund No130170036 中国科学院 “百人计划”项目 3 3 联系人

收稿日期 : 2002205210 , 修回日期 : 2002207228

微生物分解代谢芳香烃化合物不但是自然界碳循环的一个基本环节 , 而且对于泄漏

( ) 至环境中的外源生物质 xenobiotics的生物降解起着重要作用 。微生物在好氧条件下降

() 解芳香族化合物的途径可以概括为以下几个步骤 : 1初始代谢反应 : 加氧酶作用于苯

() 环上产生具有二羟基的中间产物使之成为开环步骤的底物 ; 2苯环裂解反应 : 在开环 步骤中加氧至环上产生不饱和的直链脂肪酸 。后继的代谢步骤大都按照较为通常方式产

( ) () 生一些进入中心代谢 TCA 循环的化合物 如 : 丙酮酸 , 乙酰辅酶 A , 琥珀酸等。 1 微生物分解芳香烃化合物的 3 条主要途径

在过去的几十年中 , 科学家们对于需氧细菌中由苯环转变为中心代谢物的两条主要 途径的生物化学和分子生物学己作了大量的研究 。一条途径是由邻苯二酚 2 , 32双加氧 酶起始反应的 , 即间位裂解途径 1 大部份工作来自于英国 Bangor 的 Williams 教授实验 [ 1 ] 室对 TOL 质粒 p WW0 上的 xyl 一组基因的研究。另一条途径是由邻苯二酚 1 , 22双加 氧酶起始反应的 , 即邻位裂解途径 。大部份工作来自于美国 Yale 的 Ornston 教授实验室 [ 2 ] () 的贡献。然而 , 尽管对于通过龙胆酸 2 , 52二羟基苯甲酸的第 3 条主要代谢途径已 [ 3 ] 在 40 年前有了报道, 并且发现许多属的细菌通过该途径分解代谢多种芳香烃化合物 , 但是对该途径的生物化学 , 尤其是分子生物学研究甚少 。而在文献和专著中却又将其作 为主要代谢途径之一和前两条一起加以描述和讨论 。由此可见 , 龙胆酸途径是微生物分 解代谢芳香烃化合物过程中一条重要而又需要深入研究的代谢途经 。

2 龙胆酸途径的早期研究

[ 4 ] ( 早在 1957 年 , Tanaka在一种假单胞菌中发现反丁烯二酸2单酰丙酮酸 Fu2 [ 3 ] ) marylpyruvate为龙胆酸降解的中间产物 。1959 年 Lack在一种能利用龙胆酸为唯一

( ) 碳源生长的假单胞菌细胞提取液中鉴定出顺丁烯二酸2单酰丙酮酸 Maleylpyruvate为

) (代谢的中间产物 , 并在 GSH 还原型谷胱甘肽的辅助下 , 最终产生丙酮酸和反丁烯 二酸 。结合 Tanaka 的工作 , Lack 初步确立龙胆酸途径 , 即龙胆酸开环裂解后产生顺丁 烯二酸2单酰丙酮酸 , 并在 GSH 的协同作用下 , 顺丁烯二酸2单酰丙酮酸可以异构为反丁 烯二酸2单酰丙酮酸 , 再水解为丙酮酸和反丁烯二酸 , 继而进入 TCA 循环 。

由于龙胆酸代谢依次产生的中间产物具有光吸收特征 : 龙胆酸 , 顺丁烯二酸2单酰 丙酮酸 , 反丁烯二酸2单酰丙酮酸分别在 320nm , 330nm , 340nm 处有最大特征吸收峰 。 [ 5 ] Lack 在 1961 年初步建立了龙胆酸代谢途径中酶学分析方法。通过简单的纯化手段获 取细胞裂解液中的粗提酶 , 利用分光光度法观察特征峰的产生或消失情况 , 并依次鉴定 出顺丁烯二酸2单酰丙酮酸异构酶和反丁烯二酸2单酰丙酮酸水解酶的活性 。1975 年 , [ 6 ]Crawford纯化并鉴定了龙胆酸代谢途径中作为开环酶的龙胆酸 1 , 22双加氧酶 。至此 , 以分光光度法为基础的酶学分析方法已确立 , 并为以后的研究工作奠定了基础 。 3 龙胆酸代谢的 3 条途径

后来陆续有人发现许多微生物对多种芳香烃化合物代谢通过这条途径 , 包括假单胞 菌属对 2 , 52二甲基酚 , 间或对甲基酚 ; 一些杆菌对苯甲酸 , 32或 4 2羟基苯甲酸 , 32氯 代苯甲酸 , 52氯代水杨酸 ; 某些球菌对萘 , 邻二甲苯 ; 拟无枝酸菌属和链霉菌对苯甲酸 ; 酵母菌和一些真菌对苯酚和苯甲酸 ; 埃文固氮弧菌对苯甲酸的代谢等 。进一步的研究发 现龙胆酸开环成为顺丁烯二酸2单酰丙酮酸后 , 其后续代谢有 3 条不同的途径 。在水解

[ 7,9 ] 酶的作用下 , 直接分解成顺丁烯二酸和丙酮酸 , 顺丁烯二酸再氧化成苹果酸; 顺丁 烯二酸2单酰丙酮酸异构酶在依赖于 GSH 的存在下 , 将其异构成反丁烯二酸2单酰丙酮 酸 , 反丁烯 二 酸2单 酰 丙 酮 酸 再 在 水 解 酶 的 水 解 作 用 下 , 形 成 反 丁 烯 二 酸 和 [ 5 ,10 ,11 ] 丙 酮 酸; 顺丁烯二酸2单酰丙酮酸异构酶在不依赖于 GSH 的存在下 , 完成如第二种方 [ 10 ,12 ] 式的异构分解。

( 为了快速有效的区别后两种代谢途径 , 1977 年 , Crawford 发明了用 N EM N2乙基

[ 10 ] ) 顺丁烯二酰亚胺鉴定法来检测顺丁烯二酸2单酰丙酮酸异构酶是否依赖于 GSH。 N EM 可以抑制 GSH 中的活泼巯基 , 从而抑制依赖于 GSH 的顺丁烯二酸2单酰丙酮酸异 构酶活性 , 如果再加入过量的 GSH 则可以恢复此酶的活性 。而不依赖于 GSH 的异构酶 的活性则不受 N EM 的影响 。

1985 年 , Hagedorn 用此方法鉴定和比较了来自 5 个不同属的十几种革兰氏阳性菌

(和阴性菌的顺丁烯二酸2单酰丙酮酸异构酶 , 除了 Pseudomonas alcaligenes 25X 革兰氏 阴性菌 , 它的代谢方式兼有顺丁烯二酸2单酰丙酮酸直接分解和依赖于 GSH 的异构分

) 解 两种代谢途径的情况比较复杂外 , 其它的革兰氏阴性菌均是依赖于 GSH 的 , 而革

[ 12 ] 兰 氏阳性菌均是不依赖于 GSH 的。在后来陆续发现的菌株中 , 也证实了这个结论 。 4 龙胆酸 1 , 22双加氧酶 ( GDO) 的特性研究

( ) 龙胆酸 1 ,22双加氧酶 GDO是龙胆酸代谢途径中的第一个酶 ,是一个重要的开环酶 。 虽然 GDO 发现的时间也较早 ,但与两条邻苯二酚途径的开环酶相比 , 对其研究很少 。

[ 6 ,13,16 ] 迄今为止只有为数不多的菌株中的 GDO 纯化过, 其中来自 6 株菌 GDO 的

[ 13,16 ] 2 + N 末端已测序。它们大多以四聚体的形式存在 , 少数是二聚体 ; 加入 Fe对其稳 2 + 定性有很大的提高 , 说明 Fe是其所依赖的辅基 ; 反应过程需氧 ; 其温度 、p H 值的影 响 , 等电点 , 以龙胆酸为底物的动力学常数等参数的比较见表 1 。

表 1 不同菌株中的 GDO 特性比较 [6 ][15 ] [15 ] [18 ] [13 ] [13 ]特性 M 1 osloensis P1 testosteroniP1 acidovoransK1 pneumoniaeP1 alcaligenes P25 XP1 putida P35 X ( )全酶分子量 kD 158 ?5 164 ?5 159 ?6 154 ?6 82 ?4 154

( )亚基分子量 kD 40 4018 ?1 3712,3918 ?1 38 ?2 39 ?1 41 ?1 结构 四聚体 四聚体 四聚体 四聚体 四聚体 二聚体 最适 p H 710,815 710,910 710,910 810,910 715,915 715,915 p H 稳定范围 NA 610,810 610,810 610,1110 510,715 710,910

( )最适温度 ? NA NA NA 30 50 50

( )温度稳定范围 ? NA NA NA NA 高于 30 高于 40 等电点 NA 517,610 416,418 417,510 418,510 416,418

(μ)KM m 711 85 74 52 92 143

注 : NA 代表未知 1 此表据文献 [ 13 ] 修改

5 顺丁烯二酸2单酰丙酮酸异构酶和水解酶的特性研究

唯一被纯化的顺丁烯二酸2单酰丙酮酸异构酶来自肺炎克氏杆菌 M5a1 , 其分子量

[ 11 ] 的 大小为 30 ?2kD , 并且其 N 末端已测序。GSH 对于一些顺丁烯二酸2单酰丙酮酸异构 酶的活性存在是必不可少的 , 推测其与异构作用中巯基上的质子交换和氨基酸的

[ 12 ]转运有 关水解酶至今没有有关纯化的报道 。

6 GDO 基因的研究

[ 14 ,16 ,17 ,19 ] 对 GDO 基因克隆表达和功能鉴定直到近几年才有报道, 这使体外研究 GDO 成为可能 。已完成对编码 GDO 的基因测序 , 并进行 GDO 功能鉴定的 4 个菌株为 :

[ 16 ] [ 19 ] [ 17 ] S phingomonas sp1 RW5, Ralstonia sp1 U2, Pseudomonas alkaligenes sp1 25X, [ 14 ] Halof erax sp1 D1227。它们氨基酸序列的同源性比较得出 , 其同源性范围在 31 %, 47 %。它们之间的低同源性 , 表明龙胆酸代谢途径的来源差异很大 , 可能是为适应苯环 上不同取代基的选择结果 。

[ 17 ] 对编码 GDO 的基因进行测序和分析对于研究 GDO 的机理有所帮助。通过对已 知的几个 GDO 的氨基酸序列同源性比较得出的保守核心区域 , 与随机突变和定点突变 得到的近 300 个突变株的 GDO 活性进行对照分析 , 来说明这些高度保守核心序列对酶

2 + 活的影响 。证实了此核心序列与辅基 Fe的加入 , 亚基间的连接和形成具有功能性的 全酶等密切相关 。

7 整个代谢途径所有基因的克隆和表达

目前唯一对龙胆酸途径在分子生物学水平完整的研究结果来自于本文通讯作者等在 [ 19 ] 2001 年初对 Ralstonia sp1 U2 菌株相关基因和酶的报道。U2 菌株能以萘作为唯一碳

[ 20 ] 源和能源生长 , 将萘分解代谢至水杨酸后 , 在水杨酸 52单加氧酶的作用下生成龙胆

, 并进入龙胆酸途径 。编码代谢萘的所有基因己被克隆 , 其中参与龙胆酸途径的 3 个 酸

( ) 酶的基因 nagI KL 己被做了功能鉴定 。这是目前唯一的龙胆酸途径分子生物学的研 究 , 这些基因也是基因库中唯一经过功能鉴定的参与龙胆酸代谢的系列基因 。因此有必 要研究其它菌株参与龙胆酸代谢的基因和酶 , 来比较基因的同源性及其相关代谢途径的 差异性 , 从而丰富对这条代谢途径的认识 。

(我们目前正在从事通过龙胆酸途径的 32羟基苯甲酸代谢的分子生物学研究 国家

) 自 然科学基金项目, 已将在肺炎克氏杆菌 M5a1 中编码代谢 32羟基苯甲酸至丙酮酸和反 丁烯二酸酶的基因定位于 8kb 的 DNA 片段上 。其中 4 个编码降解酶的基因分别

( ) 被克隆 至高通量表达载体 p ET5a 和 p ET28a his2tagged中 , 它们都得了高效表达并具有相应 的酶活 。这些酶能在体外将 32羟基苯甲酸按顺序转化成龙胆酸 , 顺丁烯二酸2单酰丙酮 酸 , 反丁烯二酸2单酰丙酮酸 , 最后生成丙酮酸和反丁烯二酸 。对该片段上的基因测序分 析表达是首次在分子生物学水平上研究 32羟基苯甲酸 62单加氧酶 , 并成为第二例龙胆酸 代谢途径的分子生物学研究 。

参 考 文 献 [ 1 ] Sala2Trepat J M , Evans W C1 Eur J Biochem , 1971 , 20 : 400,4131

[ 2 ] Stanier R Y , Ornston L N1 Adv Microb Physiol , 1973 , 9 : 89,1511

[ 3 ] Lack L1 Biochimica et Biophysica acta , 1959 , 34 : 117,1231

[ 4 ] Tanaka H S , Sugiyama K , Yano K , et al1 Agr Chem Soc Jpn Bull , 1957 , 21 : 67,681

() [ 5 ] Lack L1 J Biol Chem , 1961 , 236 11: 2835,28401 () [ 6 ] Crawford R L , Hutton S W , Chapman P J 1 J Bacteriol , 1975 , 121 3: 794,7991

() [ 7 ] Bayly R , Chapman P , Dagley S , et al1 J Bacteriol , 1980 , 143 1: 70,771

[ 8 ] Hopper D J , Chapman P J , Dagley S1 J Biochem , 1968 , 110 : 791 [ 9 ] Poh C L , Bayly R1 J Bacteriol , 1980 , 143 : 59,691 () [ 10 ] Crawford R L , Frick T D1 Appl Environ Microbiol , 1977 , 34 2: 170,1741

[ 11 ] Robson N D , Parrott S , Cooper R A1 Microbiology , 1996 , 142 : 2115,21201

() [ 12 ] Hagedorn S R , Bradley G , Chapman P J 1 J Bacteriol , 1985 , 163 2: 640,6471 () [ 13 ] Feng Y , Khoo H E , Poh C L1 Appl Environ Microbiol , 1999 , 65 3: 946,9501 () [ 14 ] Fu W , Oriel P1 Extremophiles , 1998 , 2 4: 439,4461

() [ 15 ] Harpel M R , Lipscomb J D1 J Biol Chem , 1990 , 265 36: 22187,221961 () [ 16 ] Werwath J , Arfmann H A , Pieper D H , et al1 J Bacteriol , 1998 , 180 16: 4171,41761 () [ 17 ] Chua C H , Feng Y , Yeo C C , et al1 FEMS Microbiol Lett , 2001 , 204 1: 141,1461

() [ 18 ] Suarez M , Ferrer E , Martin M1 FEMS Microbiol Lett , 1996 , 143 1: 89,951 () [ 19 ] Zhou N Y , Fuenmayor S L , Williams P A 1 J Bacteriol , 2001 , 183 2: 700,7081

() [ 20 ] Zhou N Y , Al2Dulayymi J , Baird M S , et al1 J Bacteriol , 2002 , 184 6: 1547,15551

发酵法生产生物表面活性剂

1 1 2 2 1徐成勇鲁时瑛周 莲周东阳诸葛健

1() 江南大学生物工程学院工业生物技术教育部重点实验室 无锡 214036 2() 太吉酒厂有限公司 佛山 528031

摘要 : 发酵法生产表面活性剂相对于化工法而言有着无可比拟的优势 。综述了发酵法生产

生物表面活性剂的微生物源 、发酵机理 、发酵条件和产物分离技术等方面的研究进展 , 并

简要介绍了其工业应用前景 。

关键词 : 表面活性剂 , 生物表面活性剂 , 微生物 , 发酵

() 中图分类号 : Q936 文献标识码 : A 文章编号 : 025322654 20030320085206

ADVANCE IN PROD UCTION OF BIOSURFACTANTS BY FERMENTATION METHODS 1 1 2 2 1XU Cheng2YongLU Shi2YingZHOU LianZHOU Dong2YangZHU Ge2Jian

( Key L aboratory of Industrial Biotechnology , Ministry of Education , School of Biotechnology , 1 2) ( ) Southern Yangtz University , W uxi 214036Foshan Taiji Distillery Co1 L t d , Foshan 528031

Abstract : Production of biosurfactants by fermentation has incomparable superiority over that by chemical meth2

ods1 This review summarizes recent advances in the studies on microbe , mechanism of producing biosurfactants ,

conditions of fermentation , and separation of biosurfactants1 The industrial prospect of biosurfactants is also intro2

duced briefly in this review1

Key words : Surfactants , Biosurfactants , Microbes , Fermentation

( ) () 表面活性剂 Surfactant是指能显著降低溶剂 一般为水表面张力和液 - 液界 面张力并具有一定结构 、亲水亲油特性和特殊吸附性能的物质 。表面活性剂具有亲水亲 油

() () 的特性 , 易于吸附 、定向于物质表面 界面, 从而表现出能降低表面 界面张力 、 渗透 、润湿 、乳化 、分散 、增溶 、发泡 、消泡 、洗涤 、杀菌 、润滑 、柔软 、拒水 、抗静 电 、防腐 、防锈等一系列性能 。很多表面活性剂都是重要的化工原料 , 广泛应用于工 业 、农业和人们的日常生活中 。

许多生物大分子也具有两亲性 , 能趋向于界面分配 , 表现出相当高的表面活性和乳 化能力 , 因而把由微生物 、植物或动物产生的天然表面活性剂称为生物表面活性剂 () Biosurfactant。同一般化学合成表面活性剂一样 , 生物表面活性剂分子中也包括疏水 基和亲水基 。疏水基一般是脂肪酰基链 ; 极性亲水基则有多种结构 , 如中性脂的酯或醇

收稿日期 : 2002206213 , 修回日期 : 2002210212

范文三：芳香烃分解代谢的龙胆酸途径_cropped

参 考 文 献

( ) 1 方冶华 , 黄 勇 , 姜德成 , 等 1 应用与环境生物学报 , 1996 , 2 2: 147,1511

( ) 2 Jo shi N T , DSo uza S F1 J Enviro n Sci Healt h , 1999 , A34 8: 16911 π

3 Scannell A G M , Hill C , Ro ss R P , et al 1 J of Appl Micro biol , 2000 , 89 : 5741

4 Gardo n H , Pauss A 1 Appl Micro biol Biotech , 2001 , 56 : 517,5231

( ) 5 Jo shi N T , DπSo uza S F1 J Enviro n Sci Healt h , 1999 , A34 8: 16911

( ) 6 Chihchen g C , Szu K T1 Biotechnology Techniques , 1998 , 12 12: 865,8681

( ) 7 刘双江 , 杨惠芳 , 周培瑾 , 等 1 环境科学 , 1995 , 16 1: 42,441

( ) 8 罗志腾 , 蔡守宏 , 刘美侠 1 城市环境与城市生态 , 1990 , 3 2: 1,41

9 Wi jffels R H , Schu kking G C , Tramper J 1 J Appl Micro biol biotech , 1990 , 34 : 3991

( ) 10 王 磊 , 兰淑澄 1 环境科学 , 1997 , 18 2: 18,20 , 231

11 Velik y I A , Williams R E1 Biotechnol L et t , 1997 , 5 : 277,2801

12 Mano har S , Kim C K , Kare go udar1 Appl Micro biol Biotech , 2001 , 55 : 311,3161

( ) 13 黄 霞 , 陈 戈 , 少林广 1 中国环境科学 , 1995 , 15 10: 1,41

( ) 14 严国安 , 李益健 1 环境科学研究 , 1994 , 7 1: 39,421

( ) 杨 芬 1 曲靖师专学报 , 2000 , 19 6: 46,48115

3芳香烃分解代谢的龙胆酸途径

3 3 高晓莉 周宁一

( )中国科学院武汉病毒研究所 武汉 430071 摘要 : 龙胆酸代谢途径是微生物降解芳香烃的 3 条典型的代谢途径之一 ,是一条重要但需要深

入研究的代谢途经 。综述了龙胆酸代谢途径的研究进展 ,特别是分子生物学方面的成果 。

关键词 : 芳香烃代谢 , 龙胆酸途径 , 基因克隆

() 文章编号 : 025322654 20030320081205 中图分类号 : Q935 文献标识码 : A

GENTISATE PATHWAY IN AROMATIC CATABOL ISM

GAO Xiao2Li ZHOU Ning2Yi

( )W uhan I nst it ute of V i rology , Chi nese A cadem y of S ciences , W uhan 430071

( ) Abstract : Gentisate 2 , 52dihydro xybenzoate pat hway is o ne of t hree typical routes for bacterial aro matic catabolism1 Alt hough it is less co mmo n t han eit her of t he extensively st udied pat hways t hrough catechols , t he gentisate pat hway also plays an important role in bacterial aro matic catabolism1 This article reviews recent devel2 op ment s of t his pat hway , bot h in biochemist ry and molecular biology1

Key words : Aro matic catabolism , Gentisate pat hway , Gene clo ning

( )3 国家自然科学基金资助项目 No1 30170036 ( )Project Granted by Chinese Natio nal Nat ural Science Fund No130170036

中国科学院 “百人计划”项目 3 3 联系人收稿日期 : 2002205210 , 修回日期 : 2002207228

微生物分解代谢芳香烃化合物不但是自然界碳循环的一个基本环节 , 而且对于泄漏

( ) 至环境中的外源生物质 xeno biotics的生物降解起着重要作用 。微生物在好氧条件下降

( ) 解芳香族化合物的途径可以概括为以下几个步骤 : 1初始代谢反应 : 加氧酶作用于苯

( ) 环上产生具有二羟基的中间产物使之成为开环步骤的底物 ; 2苯环裂解反应 : 在开环 步骤中加氧至环上产生不饱和的直链脂肪酸 。后继的代谢步骤大都按照较为通常方式产

( ) () 生一些进入中心代谢 TCA 循环的化合物 如 : 丙酮酸 , 乙酰辅酶 A , 琥珀酸等。

微生物分解芳香烃化合物的 3 条主要途径1

在过去的几十年中 , 科学家们对于需氧细菌中由苯环转变为中心代谢物的两条主要 途径的生物化学和分子生物学己作了大量的研究 。一条途径是由邻苯二酚 2 , 32双加氧 酶起始反应的 , 即间位裂解途径 1 大部份工作来自于英国 Bango r 的 Williams 教授实验 1 室对 TOL 质粒 p WW0 上的 x yl 一组基因的研究。另一条途径是由邻苯二酚 1 , 22双加 氧酶起始反应的 , 即邻位裂解途径 。大部份工作来自于美国 Yale 的 Or nsto n 教授实验室 2 () 的贡献。然而 , 尽管对于通过龙胆酸 2 , 52二羟基苯甲酸的第 3 条主要代谢途径已 3 在 40 年前有了报道, 并且发现许多属的细菌通过该途径分解代谢多种芳香烃化合物 , 但是对该途径的生物化学 , 尤其是分子生物学研究甚少 。而在文献和专著中却又将其作 为主要代谢途径之一和前两条一起加以描述和讨论 。由此可见 , 龙胆酸途径是微生物分 解代谢芳香烃化合物过程中一条重要而又需要深入研究的代谢途经 。

龙胆酸途径的早期研究2 4 ( 早在 1957 年 , Tanaka在 一 种 假 单 胞 菌 中 发 现 反 丁 烯 二 酸2单 酰 丙 酮 酸 Fu2 3 ) marylp yruvate为龙胆酸降解的中间产物 。1959 年 L ack在一种能利用龙胆酸为唯一

( ) 碳源生长的假单胞菌细胞提取液中鉴定出顺丁烯二酸2单酰丙酮酸 Maleylp yruvate为

) (代谢的中间产物 , 并在 GSH 还原型谷胱甘肽的辅助下 , 最终产生丙酮酸和反丁烯 二酸 。结合 Tanaka 的工作 , L ack 初步确立龙胆酸途径 , 即龙胆酸开环裂解后产生顺丁 烯二酸2单酰丙酮酸 , 并在 GSH 的协同作用下 , 顺丁烯二酸2单酰丙酮酸可以异构为反丁 烯二酸2单酰丙酮酸 , 再水解为丙酮酸和反丁烯二酸 , 继而进入 TCA 循环 。

由于龙胆酸代谢依次产生的中间产物具有光吸收特征 : 龙胆酸 , 顺丁烯二酸2单酰丙酮酸 , 反丁烯二酸2单酰丙酮酸分别在 320 nm , 330 nm , 340 nm 处有最大特征吸收峰 。

5 L ack 在 1961 年初步建立了龙胆酸代谢途径中酶学分析方法。通过简单的纯化手段获取细胞裂解液中的粗提酶 , 利用分光光度法观察特征峰的产生或消失情况 , 并依次鉴定 出顺丁烯二酸2单酰丙酮酸异构酶和反丁烯二酸2单酰丙酮酸水解酶的 活 性 。1975 年 ,

6 Crawfo rd纯化并鉴定了龙胆酸代谢途径中作为开环酶的龙胆酸 1 , 22双加氧酶 。至此 ,

以分光光度法为基础的酶学分析方法已确立 , 并为以后的研究工作奠定了基础 。3 龙胆酸代谢的 3 条途径

后来陆续有人发现许多微生物对多种芳香烃化合物代谢通过这条途径 , 包括假单胞 菌属对 2 , 52二甲基酚 , 间或对甲基酚 ; 一些杆菌对苯甲酸 , 32或 4 2羟基苯甲酸 , 32氯

代苯甲酸 , 52氯代水杨酸 ; 某些球菌对萘 , 邻二甲苯 ; 拟无枝酸菌属和链霉菌对苯甲酸 ;酵母菌和一些真菌对苯酚和苯甲酸 ; 埃文固氮弧菌对苯甲酸的代谢等 。进一步的研究发 现龙胆酸开环成为顺丁烯二酸2单酰丙酮酸后 , 其后续代谢有 3 条不同的途径 。在水解

7 ,9 酶的作用下 , 直接分解成顺丁烯二酸和丙酮酸 , 顺丁烯二酸再氧化成苹果酸; 顺丁烯二酸2单酰丙酮酸异构酶在依赖于 GSH 的存在下 , 将其异构成反丁烯二酸2单酰丙酮 酸 , 反丁烯 二 酸2单 酰 丙 酮 酸 再 在 水 解 酶 的 水 解 作 用 下 , 形 成 反 丁 烯 二 酸 和 丙 酮 5 ,10 ,11 酸; 顺丁烯二酸2单酰丙酮酸异构酶在不依赖于 GSH 的存在下 , 完成如第二种方

10 ,12 式的异构分解。

( 为了快速有效的区别后两种代谢途径 , 1977 年 , Crawfo rd 发明了用 N EM N2乙基

10) 顺丁烯二酰亚胺鉴定法来检测顺丁烯二酸2单酰丙酮酸异构酶是否依赖于 GSH N EM 可以抑制 GSH 中的活泼巯基 , 从而抑制依赖于 GSH 的顺丁烯二酸2单酰丙酮酸异 构酶活性 , 如果再加入过量的 GSH 则可以恢复此酶的活性 。而不依赖于 GSH 的异构酶

的活性则不受 N EM 的影响 。

1985 年 , Hagedo r n 用此方法鉴定和比较了来自 5 个不同属的十几种革兰氏阳性菌

(和阴性菌的顺丁烯二酸2单酰丙酮酸异构酶 , 除了 Pseu dom on as alcal i genes 25 X 革兰氏 阴性菌 , 它的代谢方式兼有顺丁烯二酸2单酰丙酮酸直接分解和依赖于 GSH 的异构分解

) 两种代谢途径的情况比较复杂外 , 其它的革兰氏阴性菌均是依赖于 GSH 的 , 而革兰 12 氏阳性菌均是不依赖于 GSH 的。在后来陆续发现的菌株中 , 也证实了这个结论 。 4 龙胆酸 1 , 22双加氧酶 ( GDO) 的特性研究

( ) 龙胆酸 1 ,22双加氧酶 GDO是龙胆酸代谢途径中的第一个酶 ,是一个重要的开环酶 虽然 GDO 发现的时间也较早 ,但与两条邻苯二酚途径的开环酶相比 , 对其研究很少 。

6 ,13 ,16 迄今为止只有为数不多的菌株中的 GDO 纯化过, 其中来自 6 株菌 GDO 的

13 ,16 2 + N 末端已测序。它们大多以四聚体的形式存在 , 少数是二聚体 ; 加入 Fe对其稳

2 + 定性有很大的提高 , 说明 Fe是其所依赖的辅基 ; 反应过程需氧 ; 其温度 、p H 值的影

响 , 等电点 , 以龙胆酸为底物的动力学常数等参数的比较见表 1 。

表 1 不同菌株中的 GDO 特性比较

[ 6 ][ 15 ] [ 15 ] [ 18 ] [ 13 ] [ 13 ]特性 M 1 osloensis P1 testostero niP1 aci dovora nsK1 p neu m oni aeP1 alcaligenes 25 P X P1 p ut i da P35 X

( )全酶分子量 kD 154 ?5 ?5 ?6 ?6 ?4 158 164 159 154 82 ( )403738 39 41 亚基分子量 kD 18 ?1 12,3918 ?1 ?2 ?1 ?1 40 四聚体 四聚体 四聚体 四聚体 二聚体 结构 最四聚体 710,910 710,910 适 p H 810,910 715,915 715,915 710,815 610,810 610,810 65710,1110 10,715 10,910 p H 稳定范围 最适NA ( ) 温度 ?温度稳定NA NA 30 50 50 NA ( ) 范围 ?等电点 高于 30 高于 40 NA NA NA NA 418,510 416,418 417,510 517,610 416,418 NA

(μ) KM711 85 74 52 92 143 m

注 : NA 代表未知 1 此表据文献 13 修改

5 顺丁烯二酸2单酰丙酮酸异构酶和水解酶的特性研究

唯一被纯化的顺丁烯二酸2单酰丙酮酸异构酶来自肺炎克氏杆菌 M5a1 , 其分子量的 11 大小为 30 ?2 kD , 并且其 N 末端已测序。GSH 对于一些顺丁烯二酸2单酰丙酮酸异构 酶的活性存在是必不可少的 , 推测其与异构作用中巯基上的质子交换和氨基酸的转运有 12 水解酶至今没有有关纯化的报道 。 关

GDO 基因的研究6 14 ,16 ,17 ,19 对 GDO 基因克隆表达和功能鉴定直到近几年才有报道, 这使体外研究

GDO 成为可能 。已完成对编码 GDO 的基因测序 , 并进行 GDO 功能鉴定的 4 个菌株为 :

16 19 17 S p hi n gom on as sp1 RW5 , R alst oni a sp1 U 2 , Pseu dom on as al k al i genes sp1 25 X,

14 Hal of e ra x sp1 D1227 。它们氨基酸序列的同源性比较得出 , 其同源性范围在 31 %,47 % 。它们之间的低同源性 , 表明龙胆酸代谢途径的来源差异很大 , 可能是为适应苯环 上不同取代基的选择结果 。

17 对编码 GDO 的基因进行测序和分析对于研究 GDO 的机理有所帮助。通过对已 知的几个 GDO 的氨基酸序列同源性比较得出的保守核心区域 , 与随机突变和定点突变

得到的近 300 个突变株的 GDO 活性进行对照分析 , 来说明这些高度保守核心序列对酶

2 + 活的影响 。证实了此核心序列与辅基 Fe的加入 , 亚基间的连接和形成具有功能性的 全酶等密切相关 。

整个代谢途径所有基因的克隆和表达7

目前唯一对龙胆酸途径在分子生物学水平完整的研究结果来自于本文通讯作者等在

19 2001 年初对 R alst oni a sp1 U 2 菌株相关基因和酶的报道。U 2 菌株能以萘作为唯一碳

20 源和能源生长 , 将萘分解代谢至水杨酸后 , 在水杨酸 52单加氧酶的作用下生成龙胆 酸 , 并进入龙胆酸途径 。编码代谢萘的所有基因己被克隆 , 其中参与龙胆酸途径的 3 个

( ) 酶的基因 n a g I KL 己被做了功能鉴定 。这是目前唯一的龙胆酸途径分子生物学的研 究 , 这些基因也是基因库中唯一经过功能鉴定的参与龙胆酸代谢的系列基因 。因此有必 要研究其它菌株参与龙胆酸代谢的基因和酶 , 来比较基因的同源性及其相关代谢途径的 差异性 , 从而丰富对这条代谢途径的认识 。

(我们目前正在从事通过龙胆酸途径的 32羟基苯甲酸代谢的分子生物学研究 国家自

) 然科学基金项目, 已将在肺炎克氏杆菌 M5a1 中编码代谢 32羟基苯甲酸至丙酮酸和反

丁烯二酸酶的基因定位于 8 kb 的 DNA 片段上 。其中 4 个编码降解酶的基因分别被克隆

( ) 至高通量表达载体 p E T5a 和 p E T28a his2tagged中 , 它们都得了高效表达并具有相应 的酶活 。这些酶能在体外将 32羟基苯甲酸按顺序转化成龙胆酸 , 顺丁烯二酸2单酰丙酮 酸 , 反丁烯二酸2单酰丙酮酸 , 最后生成丙酮酸和反丁烯二酸 。对该片段上的基因测序分 析表达是首次在分子生物学水平上研究 32羟基苯甲酸 62单加氧酶 , 并成为第二例龙胆酸 代谢途径的分子生物学研究 。

参 考 文 献

1 Sala2Trepat J M , Evans W C1 Eur J Biochem , 1971 , 20 : 400,4131

2 Stanier R Y , Ornsto n L N 1 Adv Micro b Physiol , 1973 , 9 : 89,1511

3 L ack L 1 Biochimica et Biop hysica acta , 1959 , 34 : 117,1231

4 Tanaka H S , Su giyama K , Yano K , et al 1 Agr Chem Soc J p n Bull , 1957 , 21 : 67,681

( ) 5 L ack L 1 J Biol Chem , 1961 , 236 11: 2835,28401

( ) 6 Crawfo rd R L , Hut to n S W , Cha p man P J 1 J Bacteriol , 1975 , 121 3: 794,7991

( ) 7 Ba yly R , Chap man P , Dagley S , et al 1 J Bacteriol , 1980 , 143 1: 70,771

8 Ho pper D J , Chap man P J , Dagley S1 J Biochem , 1968 , 110 : 791

9 Po h C L , Ba yly R1 J Bacteriol , 1980 , 143 : 59,691

( ) 10 Crawfo rd R L , Frick T D 1 Appl Enviro n Micro biol , 1977 , 34 2: 170,1741

11 Ro bso n N D , Parrot t S , Coo per R A1 Micro biology , 1996 , 142 : 2115,21201

( ) 12 Ha gedo rn S R , Bradley G , Chap man P J 1 J Bacteriol , 1985 , 163 2: 640,6471

( ) 13 Fen g Y , Khoo H E , Po h C L 1 Appl Enviro n Micro biol , 1999 , 65 3: 946,9501

( ) 14 Fu W , Oriel P 1 Ext remop hiles , 1998 , 2 4: 439,4461

( ) 15 Har pel M R , Lip sco mb J D1 J Biol Chem , 1990 , 265 36: 22187,221961

( ) 16 Werwat h J , Arf mann H A , Pie per D H , et al 1 J Bacteriol , 1998 , 180 16: 4171,41761 ( ) 17 Chua C H , Fen g Y , Yeo C C , et al 1 F EMS Micro biol L et t , 2001 , 204 1: 141,1461

( ) 18 Suarez M , Ferrer E , Martin M 1 F EMS Micro biol L et t , 1996 , 143 1: 89,951

( ) 19 Zho u N Y , Fuenma yo r S L , Williams P A 1 J Bacteriol , 2001 , 183 2: 700,7081

( ) 20 Zho u N Y , Al 2Dulayymi J , Baird M S , et al 1 J Bacteriol , 2002 , 184 6: 1547,15551

发酵法生产生物表面活性剂

11212 徐成勇鲁时瑛周东阳诸葛健周 莲

1( ) 江南大学生物工程学院工业生物技术教育部重点实验室 无锡 2140362( ) 太吉酒厂有限公司 佛山 528031

摘要 : 发酵法生产表面活性剂相对于化工法而言有着无可比拟的优势 。综述了发酵法生产

生物表面活性剂的微生物源 、发酵机理 、发酵条件和产物分离技术等方面的研究进展 , 并

简要介绍了其工业应用前景 。

关键词 : 表面活性剂 , 生物表面活性剂 , 微生物 , 发酵

() 中图分类号 : Q936 文献标识码 : A 文章编号 : 025322654 20030320085206 AD VANCE IN PROD UCTION OF BIOSURFACTANTS BY FERMENTATION METHODS 1 1 2 2 1XU Cheng2YongL U Shi2YingZHOU LianZHOU Dong2YangZHU Ge2J ian

( Key L aboratory of I n d ust ri al B iotech nology , M i nist ry of Ed ucat ion , S chool of B iotech nology ,

12) ( ) Foshan T aiji Dist illery CoS out her n Y angt z U ni versity , W u x i 214036 1 L t d , Foshan 528031

Abstract : Productio n of biosurfactant s by fermentatio n has inco mparable superiorit y over t hat by chemical met h2

ods1 This review summarizes recent advances in t he st udies o n microbe , mechanism of p roducing biosurfactant s ,

co nditio ns of fermentatio n , and separatio n of biosurfactant s1 The indust rial p rospect of biosurfactant s is also int ro2

duced briefly in t his review1

Key words : Surfactant s , Biosurfactant s , Microbes , Fermentatio n

( ) ( ) 表面活性剂 Surf actant 是指能显著降低溶剂 一般为水表面张力和液 - 液界 面张力并具有一定结构 、亲水亲油特性和特殊吸附性能的物质 。表面活性剂具有亲水亲

() ( ) 油的特性 , 易于吸附 、定向于物质表面 界面, 从而表现出能降低表面 界面张力 渗透 、润湿 、乳化 、分散 、增溶 、发泡 、消泡 、洗涤 、杀菌 、润滑 、柔软 、拒水 、抗静 电 、防腐 、防锈等一系列性能 。很多表面活性剂都是重要的化工原料 , 广泛应用于工 业 、农业和人们的日常生活中 。

许多生物大分子也具有两亲性 , 能趋向于界面分配 , 表现出相当高的表面活性和乳 化能力 , 因而把由微 生 物 、植 物 或 动 物 产 生 的 天 然 表 面 活 性 剂 称 为 生 物 表 面 活 性 剂 () Bio surf actant。同一般化学合成表面活性剂一样 , 生物表面活性剂分子中也包括疏水 基

和亲水基 。疏水基一般是脂肪酰基链 ; 极性亲水基则有多种结构 , 如中性脂的酯或醇

收稿日期 : 2002206213 , 修回日期 : 2002210212

范文四：戊糖磷酸途径和糖原的合成与分解代谢（可编辑）

戊糖磷酸途径和糖原的合成与分解代谢

第9章 戊糖磷酸途径和糖原的合 成与分解代谢 第一节 戊糖磷酸途径

(pentose phosphate pathway, PPP) 1. 是糖代谢的第二条重要途径

2. 在细胞浆中进行

3. 广泛存在于动植物细胞内一、 概念

磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及

+

NADPH+H ,前者再进一步转变成3-磷酸甘油醛和

6-磷酸果糖的反应过程。

磷酸戊糖途径又称戊糖支路(pentose shunt、

己糖单磷酸途径(hexose monophosphate pathway、磷酸葡糖酸氧化途径

(phosphogluconate oxidative pathway、戊

糖磷酸循环(pentose phosphate cycle。这些

名称均强调从磷酸化的六碳糖形成磷酸化的五碳

糖。二、磷酸戊糖途径的反应过程磷酸戊糖途径的核心反应式: + G-6-P + 2NADP + H O ?

2

+ R-5-P + 2NADPH + 2H +CO

2

全部代谢过程可分为两个阶段: ?氧化脱羧阶段:生成NADPH及CO 2

?非氧化分子重排阶段:一系列基团的转移1. 磷酸戊糖途径的氧

化脱羧阶段

?

?

内酯酶

6-P-葡萄糖脱氢酶 COOH ?

C O

H C OH

+

H O

H C OH

2

NADP

H C OH

H C OH

HO C H

O

O

HO C H HO C H H C OH NADPH H C OH H C OH +

+H

H C OH H C

H C

P

CH O

P

CH O

P 2

CH O

2

2

6-P-葡萄糖酸

6-P-葡萄糖酸内酯

G-6-P?

COOH

6-P-葡萄糖酸脱氢酶

CH OH 2

H C OH +

NADP

C O

HO C H H C OH H C OH CO

NADPH 2

H C OH +

H C OH +H

P

CH O

2

P

CH O

2

5-P-核酮糖

6-P-葡萄糖酸2.磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶段

阶

6 核酮糖-5-磷酸 段

异构酶

之

一

2 核糖-5-磷酸 2 木酮糖-5-磷酸 转酮酶

阶

段

2 景天庚酮糖-7-磷酸

2 甘油醛-3-磷酸 之

二

转醛酶

2 果糖-6-磷酸

2赤藓丁糖-4-磷酸 2 木酮糖-5-磷酸

转酮酶

阶

2甘油醛-3-磷酸

段 2 果糖-6-磷酸

2 葡萄糖-6-磷酸

之

醛缩酶

(5×)

异构酶

三 果糖-1, 6-二磷酸酶 1 果糖-1, 6-二磷酸 1 果糖-6-磷酸

PiH2O磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一

(核酮糖-5-磷酸异构化) 差向异构酶 异构酶

木酮糖-5-磷酸 核酮糖-5-磷酸 核糖-5-磷酸磷酸戊糖途径的非

氧化阶

段之二(基团转移)

2

2

+

木酮糖-5-磷酸 核糖-5-磷酸 转酮酶

H

转醛酶

2

2 2

+

2

+

甘油醛-3-磷酸 赤藓糖-4-磷酸 景天庚酮糖-7-磷酸

果糖-6-磷酸基团转移(续前) 转酮酶

2

+

2

2 2

+

3-磷酸甘油醛

4-磷酸赤藓糖 5-磷酸木酮糖 6-磷酸果糖磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三

(甘油醛-3-磷酸异构、缩合与水解)

2

H OPi

甘油醛-3-磷酸

2

异 醛缩酶

构

果糖-1,6-二磷酸

酶

酯酶

果糖-1,6-二磷酸

果糖-6-磷酸

磷酸葡萄糖异构酶

葡萄糖-6-磷酸磷酸戊糖途径的总反应式

+6 G-6-P + 12NADP +7 H O 2

+

5 G-6-P + 6CO+ 12NADPH +12H 2三、磷酸戊糖途径的生理意义产生大量NADPH,主要用于还原

(加氢)反应,为细胞提

供还原力产生大量的磷酸核糖和其它重要中间产物与光合作用

联系,实现某些单糖间的转变第二节糖原的分解与合成糖原:是由若

干个葡萄糖单位组成的具有许多分支结构的多糖, 是动物体内糖的

储存形式。

糖原的分子结构:

糖原以颗粒形式存在

于细胞质中,颗粒中

除含糖原外,还有催

化其合成与降解的酶

以及调节蛋白。糖原

主要储存在肝和肌肉

组织中

肝糖原分解主要是补

充血糖

肌糖原分解主要是为

糖原的结构

糖原的结构

肌肉收缩提供能量。一、糖原的分解 Glycogen breakdown

肝糖原分解后绝大部分转化为葡萄糖释放入血。 糖原磷酸解的反应过程为:

糖原磷酸化酶

糖原(葡萄糖单位n)+H PO 糖原(葡萄糖单位n-1)+葡萄糖-1-

磷酸

3 4

糖原的降解需要三种酶:

?糖原磷酸化酶

?糖原脱枝酶

?磷酸葡萄糖变位酶糖原磷酸化酶 从糖原的非还原端逐个断下

葡萄糖分子,催化断裂的

是末端葡萄糖残基C1与相邻葡萄糖残基C4之间的糖苷键 ( ?-1,4-糖苷键),断裂后氧原子留在C4上。只作用到 糖原分支点前4个葡萄糖残基处即不能再继续催化。 磷酸化酶激酶

糖原磷酸化酶b糖原磷酸化酶a

有活性

无活性

糖原糖原脱枝酶

具有糖基转移酶和?-1?6糖苷酶的活性非还原端 糖原核心 糖

原

磷酸化酶a

G -1-P

磷

酸

解

G -6-P

转移酶

的

步

G

骤

脱枝酶(释放1个葡萄糖)

G葡萄糖磷酸变位酶

磷酸葡萄糖变位酶

葡萄糖-1-磷酸 葡萄糖-6-磷酸二、糖原的生物合成 糖原的生物合成通过三个步骤,包括三种酶。 1. UDP-葡萄糖焦磷酸化酶 UDP-glucose pytophosphorylase 催

化形成(尿苷二磷酸葡萄糖UDPG)

2. 糖原合成酶(glycogen synthase) 催化?-1,4-糖苷键合成 3. 糖原分枝酶(glycogen branching enzyme) 催化?-1,6-糖

苷键合成尿苷二磷酸葡萄糖的生成

UDP-葡萄糖

焦磷酸化酶

+

UTP

UDPG

1-磷酸葡萄糖

+PPi

+PPi糖

UDPG

原

合

UDP

成

酶

反

应

糖原(n个G分子)

糖原(n+1)糖原新分支的形成 非还原性末端

糖原核心 糖原分支酶

糖原核心

?-1,6 糖苷键

糖原核心 糖原核心

?-1,4 糖苷键三、糖原分解和合成的调控 糖原n+1UDPPi糖原n 糖原合酶 糖原nUDPG磷酸化酶

PPiUDPG焦磷酸化酶

G-1-PUTP磷酸葡萄糖变位酶葡萄糖-6-磷酸酶(肝)

G-6-P G己糖葡萄糖激酶 ? 糖原合成:糖原合酶

关键酶

? 糖原分解:糖原磷酸化酶

这两种关键酶的重要特点:它们的快速调节有共价修饰和变构调

节二

种方式。它们都以活性、无(低)活性二种形式存 在,二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸 化而相互转变。1. 共价修饰调节? 两种酶磷酸化或去磷酸化后

活性变化相反;? 此调节为酶促反应,调节速度快; ? 调节有级联放大作用,效率高;

? 受激素调节。 激素(胰高血糖素等)+ 受体 胰岛素

受体(酪氨酸激酶)

腺苷环化酶腺苷环化酶(有活性)胰岛素敏感蛋白激酶 磷酸二酯酶

(无活性)

AMP

ATP cAMPPi

磷酸化酶b激酶 PKA PKA

磷蛋白磷酸酶-1

无活性 有活性

磷酸化酶b激酶-P

?糖原合酶

糖原合酶-P

磷酸化酶b 磷酸化酶a-P

磷蛋白磷酸酶-1磷蛋白磷酸酶-1

Pi Pi

? ?

磷蛋白磷酸酶抑制剂-P

PKA(有活性)磷蛋白磷酸酶抑制剂2别构调节 葡萄糖是磷酸化酶的别构抑制剂。

葡萄糖磷酸化酶 a磷酸化酶 a[疏松型R ] [紧密型T ]

磷酸化酶二种构像??紧密型T和疏松型R , 其中T型的磷酸化的14位Ser暴露,在磷蛋白磷 酸酶-1催化下去磷酸化。

范文五：关于葡萄糖分解代谢各途径的化学计算综述

关关关关关关关关关关关关于葡萄糖分解代各途径的化学算述

关关 关关河唐启元芦童

沈阳大学食品学院食品量与安全，宁沈阳,农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农摘要:生物体内葡萄糖分解代生物体提供了最基农农农农农农农农农农本的能量来源,持正常的生命活有着足农农农农农农农农农农农农农农农重的作用。葡萄糖在胞内的氧化分解是一个农农农农农农农农农农农农农的生化反程,需要一系列生物和的催农农农农农农农农农农农农农农农农农

化,了解在各反途径的农农农农ATP、CO2、H2O、NADH+H+、FADH2、GTP的化学算有助农农农农于深刻理解葡萄糖的分解途径。

关关关:分解代、生化反、化学算、生物、农农农农农农农农农农农农农农农农农农前言:生物体内的代途径主要分两:一是农农农农农农农农农农农农农由生物大分子，多糖、蛋白、脂、核酸,不断降农农农农农农农农农农农解小分子，如农农农农农农CO2、NH3、H2O等,的程,称之分农农农农农农农解代。另一是合成代。分解代主要分农农农农农农农农农农农农农农农农农农

三个段行:第一段是由的生物大分农农农农农农农农农农农农农农农农农农

子降解物基本成位的程,如脂肪和蛋农农农农农农农农农农农农农农农农农农

白降解成脂肪酸和氨基酸,第二段是农农农农农农农农农农农农农农农农农

由些基本分子成中代物,如葡萄农农农农农农农农农农农农农农农农农农农

糖和脂肪酸分降解丙酸和乙农农农农农农农农农农CoA,同生少量农农农农农ATP,第三农段是丙酸和乙农农农农农CoA农底氧化生成CO2和H2O的程,同生成农农农农农农农NADH+H+和FADH2,两者通呼吸的氧化磷酸化农农农农农农农农农农农程,生成大量ATP。葡萄糖分解代的主要途径有:农农农农农农农农EMP途径、HMP途径、ED途径、PK途径等4农。

一、EMP途径

1、EMP途径,又称糖酵解或己糖二磷酸途径,是胞将农农农葡萄糖农农化丙酸农农的代农农程,农农反农:

C6H12O6+2NAD+2Pi+2ADP?2CH3COCOOH，丙酸,农农农+2NADH+2H+2ATP+2H2O。

EMP途径是指在无氧条件下,葡萄糖被分解成丙酸,同农农农农农农放出少量ATP 的程。农农农

EMP途径的第一段中,农农农农葡萄糖在消耗ATP的情况下被磷酸化,形成葡萄糖-6-磷酸。葡萄糖-6-磷酸一化农农农农步 果糖 -6- 磷酸,然后再次被磷酸化,形成果糖-1,6-二磷酸。在农农农催化下,果糖-1,6-二磷酸裂解成两个三碳化合物:3-磷酸甘油农与磷酸二丙农农农。此段的反农农农农农农农农农农并不及子移。涉

(1)葡萄糖的磷酸化(phosphorylation of glucose)

农农农农农农农农农农农农入胞内的葡萄糖首先在第6位碳上被磷酸化生成6-磷酸葡萄糖(glucose6phophate,G,,

6

P),磷酸根由ATP供,一程不活化了葡萄农农农农农农农农农农农农农糖,有利于它一参与合成与分解代,同农农农农农农农农农农农农农农步

能使入胞的葡萄糖不再逸出胞。催化此反的是己糖激农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农(hexokinase,HK)。己糖激催化的反不可逆,反需要消耗能量农农农农农农农农农农农农农农农农农农ATP,Mg2+是反的激活,它能催化葡萄糖、农农农农农农农农农农农农农

甘露糖、氨基葡萄糖、果糖行不可逆的磷酸化反,生成相的农农农农农农农农农农农农农农农农农6-磷酸,农农6,磷酸葡萄糖是HK的反抑制物,此是农农农农农农农农糖氧化反程的限速农农农农农农农(ratelimiting enzyme),或称农农农(key enzyme)它有同工?农农-?型,?、?、?型主要存在于肝外,其农农农农农葡萄糖Km农农10-5,10-6M。

(2)6-磷酸葡萄糖的异构反(isomerization of glucose-6-phosphate)农　　农是由磷酸己糖异构(phosphohexose isomerase)农催化6-磷酸葡萄糖(农糖aldose sugar)农农农6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate,F-6-P)的程,农农农此反是可逆的。农农农农农农

(3)6-磷酸果糖的磷酸化(phosphorylation of fructose

6

phosphate)　　此反是农农6磷酸果糖第一位上的C农一磷酸化生成步1,6,二磷酸果糖,磷酸根由ATP供,催化此反的农农农农农农农农农是磷酸果糖激农

　(4)1.6,二磷酸果糖裂解反(cleavage of fructose1,6 di/bis农, phosphate)　　农农农(aldolase)催化1.6-二磷酸果糖生成磷酸二丙农农农和3-磷酸甘油,此反是可逆的。农农农农农农农农农农

(5)磷酸二丙的异构反农农农农农农农农(isomerization of dihydroxyacetonephosphate)　　磷酸丙糖异构(triose phosphate 农

isomerase)催化磷酸二丙农农农农农农3,磷酸甘油,此反也是可逆的。农农农农农农农农农农农　　到此1分子葡萄糖生成2分子3-磷酸甘油,通两次磷农农农农农农农酸化作用消耗2分子ATP。

在第二段中,农农农农3-磷酸甘油首先化农农农农农农1,3-二磷酸甘油酸,此农程是氧化反,农农农 NAD+接受农原子,形成NADH。同农3-磷酸甘油农接受无机磷酸被磷酸化。与上述的葡萄糖-6-磷酸的有机磷酸不农农同,二磷酸甘油农农农农中的两个磷酸属于高能磷酸。在其后来的农1,3-二磷酸甘油酸成农农农 3- 磷酸甘油酸及磷酸醇式丙酸农农农农农农农农成丙酸农农的反程中,高能磷酸的能量移致农农农农农农农农农农农农农农农农农ATP 的合成。

(6)3-磷酸甘油氧化反农农农农农(oxidation of glyceraldehyde-3-phosphate

　　此反由农农3-磷酸甘油脱农农农农(glyceraldehyde 3phosphatedehydrogenase)催化3-磷酸甘油氧化脱并磷酸农农农农农农农农化生成含有1个高能磷酸的农农1,3,二磷酸甘油酸,本反脱下农农农的和子脱的农农农农农农农农农农农农NAD+生成NADH+H+,磷酸根来自无机磷酸。

　　(7)1.3,二磷酸甘油酸的高能磷酸移反农农农农农

在磷酸甘油酸激农(phosphaglycerate kinase,PGK)催化下,1.3,二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油酸,同其农农C1上的高能磷酸根移农农农ADP生成ATP,底物氧化程中生的能量直接将农农农农农农农农农农农农农农农农农ADP磷酸化生成ATP的程,称底物水平磷酸化农农农农农农农农农农农农(substratelevel, phosphorylation)。此激催化的反是可逆的农农农农农农农农农农

(8)3-磷酸甘油酸的位反农农农农

　　在磷酸甘油酸位农农农(phosphoglycerate mutase)催化下3-磷酸甘油酸C3,位上的磷酸基到农农农C2位上生成2,磷酸甘油酸。此反农是可逆的。

　　,,,,　(9)2-磷酸甘油酸的脱水反农

　　由醇化农农农农(enolase)催化,2-磷酸甘油酸脱水的同,能量农农农农重新分配,生成含高能磷酸的磷酸醇式丙酸农农农农农农农农农农(phosphoenolpyruvate PEP)。本反也是可逆的。农农农农农农农

,,

　　(10)磷酸醇式丙酸的磷酸移农农农农农农农农农农农

在丙酸激农农农农(pyruvate kinase,PK)催化下,磷酸醇式丙农农农农农酸上的高能磷酸根移至农农农ADP生成ATP,是又一次底物农农农农农农农水平上的磷酸化程。但此反是不可逆的。丙农农农农农农农农农农农农农农

农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农酸激是糖的有氧氧化程中的限速,具有构性,ATP是构抑制,农农农农农农ADP是构激活,农农农农农农Mg2+或K+可激活丙酸激农农农农农农农农农的活性,胰素可PK的生成,醇式丙酸又可自农农农农农农农农农农农农农农农成丙酸。

2、丙酸的无氧和有氧代:农农农农农农农农农农农

丙酸无氧代农农农农农农

A、丙酸乳酸，乳酸酵,农?农农农

在无氧条件下,糖酵解生的丙酸能被农农农农农农农农农NADH农原成乳酸:

关关乳酸脱

丙酸关关 + NADH ======== L-乳酸 + NAD+

B丙酸乙醇，酒精酵,农?农农农

酵母中含有多系,可以催化不同的反农农农农农农农农农农农农农农程。生醇酵的化学反中,从葡萄糖到丙农农农农农农农农农农农农农农农农酸一段反与葡萄糖的酵解完全相同。农农农农农农农农农农农农农农农农农

生成的丙酸在酵母催化下,脱生乙,农农农农农农农农农农农农农农农农乙在醇脱催化下被农农农农农农农农农农NADH农农农原成乙醇。乙醇在人体及物体中可以氧化成乙,再成乙农农农农农农农农CoA农农农农农农农农入三酸循氧化。丙酸有氧代　农农农农农农农

丙酸在有氧条件下,入粒体内膜,在农农农农农农农农农农农农农农农农农农

丙酸脱系的作用下,氧化脱生成乙农农农农农农农农农农农农农农农农农农农CoA。3、TCA循关

乙农CoA农农农农农农农农农农农农农农农农农农入由一串反构成的循体系,被氧化生成H2O和CO2。由于个循反始于乙农农农农农农农农农农农CoA与草乙酸农农农(oxaloacetate)农合生成的含有三个基的檬酸,因此称之三酸循或檬酸循农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农(citric acid cycle)。其程如下:农农农农农农农

　　(1)乙农CoA农农农农农入三酸循

　　乙农CoA具有硫,乙基有足能量与草乙农农农农农农农农农农农农农农农酸的基行醇型合。首先从农农农农农农农农农农农农农CH3CO基上除去一个H+,生成的离子草乙酸的基碳行核攻,生成檬农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农CoA中体农农,然后高能硫水解放出游离的檬酸,使反农农农农农农农农农农农农农农农农

不可逆地向右行。反由檬酸合成农农农农农农农农农农农农农(citrate synthetase)催化,是很的放能反。强农农

　　由草乙酸和乙农农农农农农CoA合成檬酸是三酸循的重农农农农农农农农农农农要点,檬酸合成是一个构,农农农农农农农农农农农农农农农农农ATP是檬酸合成农农农农农农的构抑制,此外,农农农农农农农农农α-农戊二酸、NADH能构抑制其活农农农农农农性,脂农农农农CoA也可抑制它的活性,AMP可抗农农ATP的抑制而起激活作用。

(2)异檬酸形成农农农农农

农农农农农农农农农农农檬酸的叔醇基不易氧化,成异檬酸而使叔

醇成仲醇,就易于氧化,此反由酸农农农农农农农农农农农农农农农农农农农

农农农农农农农农催化,一可逆反。

，3)第一次氧化脱酸

　　在异檬酸脱作用下,异檬酸的仲农农农农农农农农农农农农农农农农

醇氧化成基,生成草琥珀酸农农农农农农农农农农(oxalosuccinate)的中物,后农农农农农者在同一表面,快速脱生成农农农农农农农农农农α-农戊二酸

(αketoglutarate),、NADH和CO2,此反农农β-氧化脱,此需要农农农农农农Mn2+作激活。农农农农农农,

　　此反是不可逆的,是三酸循中的限速农农农农农农农农农农农农,步ADP是异檬酸农农农脱的激活,而农农农农农农农农ATP,NADH是此的抑制。农农农农农农

　(4)第二次氧化脱农

　　在α-农农农农农农农农戊二酸脱系作用下,α-农农农农农农农戊二酸氧化脱生成琥珀CoA、NADH+H+和CO2,反程完全农农农农农农农农农农农似于丙酸脱系催化的氧化脱,属于农农农农农农农农农农农农农α,氧化脱,氧化生的农农农农农农农能量中一部分存于琥珀农农农农农农CoA的高能硫中。农农农农

　　α-农农农农农农农农农戊二酸脱系也由三个(α-农农农农农农农戊二酸脱、硫辛酸琥珀基移、二硫农农农农农农农农农农农农农农辛酸脱)和五个农农(TPP、硫辛酸、HSCoA、NAD+、FAD)农成。,

　　此反也是不可逆的。农农农农农农农农α-农农农农农农农戊二酸脱合体受ATP、GTP、NAPH和琥珀农CoA抑制,但其不受磷酸化/去磷酸化的农控。

(5)底物磷酸化生成ATP

　　在琥珀酸硫激农(succinate thiokinase)的作用下,琥珀农CoA的硫水解,放的自由能用于合成农农农农农农农农农农农农农农农GTP,在农菌和高等生物可直接生成ATP,在哺乳物中,先生成农农农农农农农GTP,再生成ATP,此,农农琥珀农CoA生成琥珀酸和农农A。,

　　(6)琥珀酸脱农

琥珀酸脱农农(succinate dehydrogenase)催化琥珀酸氧化成农农农延胡索酸。合在粒体内膜上,而其农农农农农农农农农农农农农农农农农农他三酸循的农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农都是存在粒体基中的,含有

农农农农硫中心和共价合的FAD,来自琥珀酸的子通农农农农FAD和硫中农农农心,然后入子到农农农农农农农农O2,丙二酸是琥珀酸的农农农农农农农似物,是琥珀酸脱有农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农强力的争性抑制物,所以可以阻断三酸循。,　　(7)延胡索酸的水化

　　延胡索酸农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农延胡索酸的反式双起作用,而丁二酸(农来酸)农无催化作用,因而是高度立体特异性的。,

　　(8)草乙酸再生农农农农农

　　在苹果酸脱农农(malic dehydrogenase)作用下,苹果酸仲醇基脱氧农农化成基,生成草乙酸农农农农农农农农农(oxalocetate),NAD+是脱的,农农农农农农接受成农农农NADH+H+(农4-5)。

以EMP途径的葡萄糖的分解代的化关关关学算:关关关

ATP的算关关

关关关关关反程:葡萄糖+6氧气+2ATP+2GDP+4ADP+6Pi+2FAD+10NAD+====6CO2+2GTP+4ATP+2FADH2+10NADH+H+

反应应应ATP

葡萄糖?G-6-P -1

F-6-P?F-1～6-P -1

3*或2* 3-P甘油应?1～3-DPG×2NAD+×2

1～3-DPG?3-P甘油酸×2 1 ×2

PEP?丙应酸×2 1 ×2

丙应酸?乙应应应A×2NAD+3 ×2

异檬应应酸?α-应戊二酸×2NAD+3 ×2

α-应戊二酸?琥珀应应应A×2NAD+3 ×2

琥珀应应应A ?琥珀酸 ×2 1×2

琥珀酸 ?延胡索酸×2FAD2×2

苹果酸?草应乙酸×2NAD+3 ×2

G+38ADP+38Pi+6O2?38ATP+6CO2+44H2 38或36O

1FADH2氧化生成1.5或2ATP,以下以2ATP农算,1NADH和H+氧化生成2.5或3ATP,以下以3ATP农算,1GTP即农1ATP

所以1葡萄糖底氧化分解生成农农农农农农农农38ATP或36ATP，1丙酸农农农穿农粒体膜可能消耗1ATP,

CO2的算:关关关

1、一分子丙酸在丙酸脱系的作用下生成一分子农农农农农农农农农农农农农农农农农农农CO22、异檬酸在异檬酸脱作用下生成草农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农琥珀酸然后脱基生成α-农戊二酸生成一分子CO23、α-农戊二酸在α-农农农农农农农农农农农农农农农农农戊二酸脱系作用下,脱脱生成琥珀

CoA生成一分子CO2

所以1葡萄糖氧化分解生成6CO2。

H2O的算关关

1、,2-磷酸甘油酸生成磷酸醇式丙酸生成一分子的农农农农农农农农农农农农农H2O,2、三酸循中檬酸的生成段消耗一分子的农农农农农农农农农农农农农农农农农农农H2O3、延胡索酸生成苹果酸段消耗一分子的农农农农农农农农H2O4、NADH和H+、FADH2农农农农农农农农农农农农农农农子各消耗二分之一分子O2生成一分子水

5O2+10NADH+H+=====10H2O+10NAD+2FADH2+O2====2H2O+2FAD

上述氧化1葡萄糖生成14H2O,消耗4H2O,农生成10H2O农农农农农反方程式C6H12O6+6H2O+6O2?，,农农6CO2+12H2O+38ATP两者不相符。农农农农农农什会多出4分子水?

**重点**

1、3 磷酸甘油生成农农农1 , 3 一二磷酸甘油酸

在反式农农(a)中已指出NADH?H+的两个H中,一个H来自3一磷酸甘油农,另一个H来自磷酸。农农农农农农农农农农农农农农农农什反生的一分子水的两个H都来自磷酸呢?要解答农农农农个, 我农农农农农农农农农农农农需要将磷酸甘油酸激和ADP在l,3一二磷酸甘油酸农农3一磷酸甘油酸反中的作用系起来农农农农农农农农农

才能得到答案。我知道农农农1 , 3一二磷酸甘油酸农农农3一磷酸甘油酸的反农农农农是由磷酸甘油激催化, 使l , 3一二磷酸甘油酸分子上的一个磷酸基移到农农农农ADP分子上去,形成ATP ,同,农农ADP末端磷酸基上的农农农H 农农移1,3一二磷酸甘油酸C一1上的一个H是由ADP末端的磷酸基提供的。点从下面反程中农农农农农农农农农农农农农农农农农农农即可明白

1,3一二磷酸甘油酸生成3 一磷酸甘油酸:

农农农农农明在反中从3一磷酸甘油供农农农N A D 十的一个H ( 即形成N A D H? H+ 的一个H) , 在反中又由农农农农A D P “农农” 农农农磷酸丙糖( 3 一磷酸甘油酸)。因此, 从酵解的反来农农农农农看, 在反农(a)中NAD+接受的两个H 都可看作来自磷酸分子, 一个H来自参加反(a)农的磷酸。另一个来自参加反(b) 农的ADP的末端磷酸基。由此可农农农农农农,在分子葡每萄糖酵解途径生成两分子丙酸的程中农农农农农农农农农农农农农农农农农, 农农农然生4 分子水, 但农农上只有两分子水来自糖, 亦即来自反农( b ) , 另两分子由NADH?H+农农农农农农农农呼吸氧化形成的水, 是由磷酸供的农农H所形成。2、α-农——农戊二酸琥珀CoA:

NADH?H+的一个H来自于葡萄糖的代物农农农-α-农戊二酸,另一个H来自于CoA的-SH基。

琥珀农CoA----琥珀酸,琥珀农CoA和GDP和磷酸作用,生琥农农农珀酸、GTP、和CoA~SH。

由反农(b) 中, 可琥珀酸的一个农农农农农农农H 和一个O由磷酸供(农也就是在反农农农农( a ) 中由a 一戊二酸供农农农农农农N IA ) 的一个, 农在反农(b) 中由磷酸了“ 农农” a 一戊二酸的农— 琥珀酸衍生物)。同农农农亦由G D P 末端磷酸基农“ 农农” 了一个H 农CoA , 因此上反步(b)农农生的一分子N A D H ? H+的一个H , 也可是来自磷酸。农农农农农农农农农, 每一分子丙酸以乙农农农农农CoA形式通三农农农酸循农, 每运农农农农农农农农农农一周生两分子水, 其中一分子来自糖, 另一分子农来自磷酸。按一分子葡萄糖算农农,通三酸循农农农农农农, 真正由糖分解生农农的水分子数农农2 。

所以农农农3-磷酸甘油到农农1,3-二磷酸甘油程中生成的农农农农农农农NADH?H+的2个H相当于来自于磷酸和ADP,α-农农戊二酸到琥珀CoA农程中生成的NADH?H+的2H相当来自于磷酸和乙农CoA。不算在农农农农葡萄糖氧化分解的化学算中。农农农农

EMP途径生成的2H2O与三酸循中消耗的农农农农农农农农4H2O抵消一部分,即消耗2H2O。然后非葡萄糖中物提供的农农农农农农H生成4NADH?H+消耗的水农4H2O。反式农农农农农农农农农左共消耗6H2O,方程式右由农农10NADH?H+和2FADH2共生成12H2O,农生成6H2O。

HMP途径述:关关关

磷酸戊糖途径，pentose phosphate pathway,葡萄糖氧化分解的一农农农农农农农农农农农方式。由于此途径是由6-磷酸葡萄糖，G

6

P,始,农农农农农农农农农农农农农农农农故亦称己糖磷酸旁路。此途径在胞中行,可分两个段。第一段由农农农农农农农农农农农农农农农农农农G

6-P脱生成农农农6-磷酸葡糖酸内农农始,然后水解生成6-磷酸葡糖酸,再氧化脱农生成5-磷酸核糖农农。NADP+是所有上述氧化反中的农农农农子受体。第二段是农农农5-磷酸核糖一系列基及农农农农农农农农农农农农农基反,农农农农磷酸丁糖、磷酸戊糖及磷酸庚糖等中代农农农物最后生成3-磷酸甘油农及6-磷酸果糖,后二者可重新入农农农农农农糖酵解途径而行代。农农农农农

戊糖磷酸途径反式是:农农农农农农

6G6P+12NADP++7H2O ? 5G6P + 6CO2+Pi+12NADPH+12H+

氧化部分

　　第一和糖酵解的第一相同,在步步已糖激的催化下葡农农农农农农萄糖生成6磷酸葡萄糖。后来在6-磷酸葡萄糖脱农农(农也是磷酸戊糖途径的限速农)(Glucose-6-phosphat-dehydrogenase),6-磷酸葡糖酸内农农(6-

Phosphogluconolactonase)和6-磷酸葡萄糖酸脱农农(6-Phosphogluconatdehydrogenase)的帮助下生成5-磷酸核糖。农农农非氧化部分

其是一系列的基移反。在农农农农农农农农农农农农农农5-磷酸核糖的基上农农农农农农可以通一系列基移反,将核糖成农农农农农农农农农农农农农农农农农6-磷酸果糖和3-磷酸甘油而入糖酵解途径。需要有的农农农农农农农农农农农农农农农农农农帮助比如乙可以移两个碳位。而二丙农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农

农农农农农农农农基可三个。

ATP:反程中农农农农农农农农农农农农农农农农农没有底物程的磷酸化,生成12NADPH?H+。12NADPH?H++12NAD+====12NADP++12NADH?H+

12NADH?H+生成36ATP和12H2O

所以1葡萄糖农农HMP途径生成36ATP。

CO2:6分子6-磷酸葡萄糖酸生成6分子5-磷酸核糖程中生成农农农农农农农6分子的CO2

H2O:6分子6-磷酸葡萄糖酸内生成农农农6分子6-磷酸葡萄糖酸程农农中消耗6分子H2O,最后生成的1分子1,6二磷酸果糖化成农农农1分子6-磷酸果糖消耗1分子H2O,12NADPH?H+最后生成12H2O。所以反农农农农农农农方程式:G+7H2O+6O2====12H2O+6CO2+36ATP

ED途径:

ED途径也称2-农-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸途径,在KDPG农农农的作用下,裂解丙酸和农农农农农3-磷酸甘油,农农3-磷酸甘油再农农农农EMP途径的后半部分化丙酸。农农农农农农农

农农农农农农农反方程式:

G+ADP+Pi+NADP+NAD====2CH3COCOOH+ATP+NADPH2+NAD

H2

PK途径:

PK途径也称磷酸解途径,个途径的农农农农农农农农农农农农农农农特点是降解1分子葡萄糖只农农生1分子ATP,相当于EMP途径的一半,另一特点是几乎农生等量的乳酸、乙醇和CO2。

农农农农农农农反方程式:

G+ADP+Pi====CH3CHOHCOOH+CH3CH2OH+CO2+ATP

糖异生途径，合成代,:关关关

糖异生，Gluconeogenesis gluco-指糖,neogenesis是希腊农 νεογ?ννηση,neojénnissi - 重新生成,:又称葡糖异生。由农农农农农农农农农的非糖前体，乳酸、甘油、生糖氨基酸等,糖，葡萄糖或农农农农农农农农农糖原,的程。糖异生不是农农农农农农农农糖酵解的逆。然由农农农农农农农农丙酸农农农始的糖异生利用了糖酵解中的七近似步平衡反农的逆反,但农农农农农农必需利用另外四步酵解中不曾出的农农农农促反,酵解程中不农农农农农农农农可逆的三个反。糖异生农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农农保了机体的血糖水平于正常水平。

1 葡萄糖6磷酸催化农农农6磷酸葡萄糖生成葡萄糖

2 果糖1,6二磷酸催化农农农1,6二磷酸果糖生成6磷酸果糖。

3 此程由两个反成,第一个反由农农农农农农农农农农农农农农农农丙酸化农农农农农催化,农农是生物素,反消耗农农农1分子ATP。第二个反由农农磷酸醇式丙农农农农农酸化农农农催化,反消耗农农农1分子GTP。

农农农农农农农农农农反方程式:乳酸原料

2Lac+4ATP+2GTP+6H2O====G+4ADP+2GDP+6Pi

丙酸原农农农农料

2Pyr+6ATP+6H2O+2NADH+2H+====G+6ADP+6Pi+2NAD+

NK途径、PK途径、糖异生途径自己农农农农农农农农手算化学量。

参考文献

【l】高等教育出版社生物化学第二版,农农农农农农农农农农志敏、蒋立科主,【2】中国农农农农农农农农农农农农农农农大学出版社食品微生物学第二版,何国农农农农农农农农农农农农、英民、丁力孝主,

【3】1981年第6期化学通农农农农农农农农农农南京大学生物系生物化学教研室集农农农农农农农农、袁玉表

转载请注明出处范文大全网 » 色氨酸分解代谢对T细胞分化增