[发明专利]一种烟酰胺腺嘌呤二核苷酸类化合物生物合成方法

说明书

本发明公开了一种烟酰胺腺嘌呤二核苷酸类化合物生物合成方法。本发明提供的合成路径以分支酸为起点，在PhzD蛋白的作用下经过转氨重排反应生成氨基脱氧异分支酸，氨基脱氧异分支酸在PhzE蛋白的催化下脱去丙酮酸部分生成2,3‑二氢‑3‑羟基邻氨基苯甲酸，采用特定酶将2,3‑二氢‑3‑羟基邻氨基苯甲酸催化生成3‑羟基邻氨基苯甲酸，在nabC蛋白的作用下3‑羟基邻氨基苯甲酸通过氧化开环重排反应生成喹啉酸，随后进入NAD补救途径，完成NAD的合成。本发明解除了NAD合成与色氨酸或天冬氨酸合成的耦联，同时，分支酸广泛存在于各种生命形式中，且对其他生命必需代谢途径的影响较小。

技术领域

本发明涉及一种烟酰胺腺嘌呤二核苷酸类化合物生物合成方法。

背景技术

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD⁺，辅酶Ⅰ)和它相应的还原形态NADH是所有生命活动必不可少的辅酶之一，它们作为质子的受体或供体参与了多种生物体内的氧化还原反应。另外，在细胞的生长、分化、调节和疾病等非氧化还原生命过程中,NAD⁺同样起到非常重要的作用，如参与衰老相关的组蛋白脱乙酰化反应、DNA修复过程中发挥重要作用的聚腺苷二磷酸核糖反应、调控钙离子通道的腺苷二磷酸核糖环化反应等。近年来，越来越多的研究表明，体内NAD的减少是衰老的一个重要原因。在一些发酵产业和生物转化中，NAD⁺(NADH)的添加可以提高产品的转化效率。

在生物体内，NAD的生物合成包括从头合成途径和补救途径。NAD的补救途径广泛存在于各种生物体内，主要指生物通过直接摄取(如动物从食物中获取、细菌从培养基中摄取等)并利用烟酸及烟酰胺作为前体来合成NAD的过程。生物中已知的NAD从头合成有两条途径：a.天冬氨酸途径；b.色氨酸-犬尿酸途径。一般情况下，细菌和植物(包括部分古菌)中NAD的从头合成利用的是天冬氨酸途径：天冬氨酸在天冬氨酸氧化酶的作用下形成α-亚胺琥珀酸，接着在喹啉酸合酶作用下与磷酸二羟丙酮发生缩合生产喹啉酸，随后喹啉酸在喹啉酸磷酸转移酶的作用下与焦磷酸核糖反应生成烟酸单核苷酸(NAMN)进入补救途径合成NAD。在酵母和哺乳动物等真核生物中，NAD一般是以色氨酸为前体从头合成的：色氨酸经过犬尿酸途径降解生成3-羟基邻氨基苯甲酸后，3,4位双加氧重排缩合形成喹啉酸，经过与天冬氨酸类似的方式进入NAD的补救合成途径合成NAD类化合物。

生物在通过上述两条从头合成途径合成NAD类化合物时，需要消耗合成蛋白质的氨基酸(色氨酸或天冬氨酸)，这从一定程度上限制了这类化合物在生物体内的浓度，导致目前通过酵母发酵生产这类化合物成本较高。另外，通过体外酶催化转化法制备NAD需要纯化相应的蛋白酶和消耗昂贵的前体ATP，生产成本也很高。通过化学全合成生产NAD的方法还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种烟酰胺腺嘌呤二核苷酸类化合物生物合成方法。

本发明提供了一种合成喹啉酸的方法(方法甲)，包括如下步骤：

(1)以分支酸为起始物，经过转氨重排反应生成氨基脱氧异分支酸；

(2)氨基脱氧异分支酸脱去丙酮酸部分生成2,3-二氢-3-羟基邻氨基苯甲酸；

(3)2,3-二氢-3-羟基邻氨基苯甲酸脱氢生成3-羟基邻氨基苯甲酸；

(4)3-羟基邻氨基苯甲酸通过氧化开环重排反应生成喹啉酸。

本发明还保护一种烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的合成方法(方法乙)，包括如下步骤：

(a)按方法甲制备得到喹啉酸；

(b)喹啉酸在喹啉酸磷酸转移酶的作用下与焦磷酸核糖反应生成烟酸单核苷酸；

(c)利用烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的补救合成途径，完成从烟酸单核苷酸到烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的制备。