[发明专利]一种β-烟酰胺单核苷酸的酶催化合成方法

说明书

本发明涉及生物技术领域，公开了一种β‑烟酰胺单核苷酸的酶催化合成方法。本发明以腺苷和磷酸盐为起始，在PNP酶和NRK酶的酶组合物的酶催化下生成D‑核糖‑1‑磷酸和烟酰胺核糖中间体，最后通过不可逆反应获得NMN，可大幅提高底物转化率；整个反应体系仅需要2种酶的参与，副产物腺嘌呤可回收再利用；同时，生成1分子的NMN的同时只需要消耗1分子的ATP，且加入多聚磷酸激酶实现ADP再生为ATP，整个工艺大幅降低了成本。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体涉及一种β-烟酰胺单核苷酸的酶催化合成方法。

背景技术

β-烟酰胺单核苷酸(Nicotinamide mononucleotide, 缩写成 NMN )是生物体内存在的一种物质，它在被烟酰胺核苷酸腺苷转移酶腺苷化后即转化成生物细胞所赖以生存的重要 物质烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+,又称辅酶I ) 。2017年3月David Scinclair研究团队发表在《science》上的一项研究表明，NAD+在小鼠体内的增加，使得大龄小鼠的组织和肌肉衰老迹象被逆转，这表明人类返老还童不再是梦想。由于NAD+分子量过大，无法通过口服摄取至细胞内，其体内主要依赖于细胞的合成，而且合成量很低。但随着对NAD+前体小分子物质NMN的研究发现，食用β-NMN可以有效提升体内NAD+的含量升高，并显著抑制衰老引起的新陈代谢，使得β-NMN成为了“ 不老神药”。截至目前，人们已经发现烟酰胺单核苷酸具 有诸如延缓衰老、治疗帕金森等老年病、调节胰岛素分泌、影响mRNA的表达等诸多医疗保健用途。

目前合成NMN的主要方法包括：化学合成、生物催化法。其中化学法成本高，同时造成严重的环境污染，已逐渐被生物催化法取代。相比较而言，生物酶法催化生产NMN更加高效、成本更低、节能环保。目前，有三种生物催化方法生产NMN，第一种是以烟酰胺核糖为原料，通过烟酰胺核糖激酶（Ribosylnicotinamide kinase，EC 2.7.1.22）在ATP供应下生成NMN。第二种是以烟酰胺、核糖和ATP为底物，经D-核糖激酶（Ribokinase，EC2.7.1.15）、核酸磷酸焦磷酸激酶（ribose phosphate pyrophosphokinase，EC2.7.6.1）、和烟酰胺核糖磷酸转移酶（Nicotinamide phosphoribosyltransferase，EC.2.4.2.12 ）催化反应生成NMN。第三种是以腺苷或AMP、ATP、烟酰胺为原料，经腺苷激酶（EC 2.7.1.20）（以AMP为原料时不需要此酶）、腺嘌呤磷酸核糖转移酶（EC 2.4.2.7）、烟酰胺磷酸核糖转移酶（Nicotinamidephosphoribosyltransferase，EC.2.4.2.12 ）催化生成NMN。

上述第一种方法直接以烟酰胺核糖为原料，底物转化率高，但烟酰胺核糖价格昂贵，成本不具有优势。第二种、第三种方法最后均以PRPP和烟酰胺通过烟酰胺磷酸核糖转移酶（Nicotinamide phosphoribosyltransferase，EC.2.4.2.12 ）制备NMN。因烟酰胺磷酸核糖转移酶催化可逆反应，合成NMN的同时也能水解NMN，反应转化率较低。同时，中间体PRPP化合物不稳定，不利于反应进行。再次，上述两种方法多步反应均需要ATP参与反应，整条工艺路线需要消耗大量的ATP，导致该生物催化法的生产成本仍较高。有必要开发一种更为高效、低成本的生物催化制备NMN的新方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种β-烟酰胺单核苷酸（NMN）的酶催化合成方法，使其以腺苷、ATP、烟酰胺为原料合成β-烟酰胺单核苷酸时，能够在生成1分子的NMN的同时只需要消耗1分子的ATP，并且反应中最后一步合成NMN的反应不可逆，可大幅提高底物转化率，反应过程生成的ADP在多聚磷酸激酶的作用下实现ATP循环再生，降低生产成本。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：