文档介绍：第 18 卷第 2 期高校化学工程学报
2004 年 4 月 Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities Apr . 2004
文章编号:1003-9015(2004)02-0168-06
酵母生物合成 S-腺苷-L-蛋氨酸的动力学研究 
刘惠, 林建平, 吴坚平, 岑沛霖
(浙江大学化学工程与生物工程学系, 生物工程研究所, 浙江杭州 310027)
摘要: 研究了酿酒酵母在葡萄糖和 L-蛋氨酸存在时生物合成 S-腺苷-L-蛋氨酸(SAM)的规律。在高溶氧(DO>40%)
条件下,SAM 产率及 L-蛋氨酸转化率分别达到了 mg×g­1 和 %。将代谢溢流模型推广应用到包括酵母生长和
加前体生物转化过程的动力学研究,结果表明,该模型能较好地描述实验数据。
关键词:S-腺苷-L-蛋氨酸(SAM,AdoMet,SAM-e); 酿酒酵母; 代谢溢流; 动力学
中图分类号: 文献标识码A
1 引言
S-腺苷-L-蛋氨酸(S-adenosyl-L-methionine, 简称 SAM)是一种有效的抗抑郁药,对关节病疗效显著,
可明显消除肝损伤,利于肝病患者的康复[1]。细胞内 SAM 是由 SAM 合成酶催化等分子的 L-蛋氨酸和
ATP 合成得到的。SAM 是甲硫键型高能化合物,其合成是一个高能耗过程;ATP 既是 SAM 合成的前
体之一,又为 SAM 的合成提供能量,在 SAM 合成中起着十分关键的作用。工业上,一般采用在前体
L-蛋氨酸和葡萄糖存在的条件下通过酵母的生物转化合成而得。
关于酵母细胞的“Crabtree 效应”,较难采用一般的非结构模型进行描述。Montes 等[4] 假定丙酮
酸进入线粒体的速率遵循 Michaelis-Menten 方程;Frede Lei 等[5]则利用葡萄糖代谢在丙酮酸叉点处进
行分流而分别进入三羧酸循环和乙醇代谢途径的根据,来构建葡萄糖及乙醇代谢的结构动力学模型;
Vanrollegherm 等[6]利用酵母细胞内生化反应计量矩阵考察葡萄糖与乙醇浓度变化时的细胞代谢流量的
消长,代谢流量分析一般要求连续稳态或者限于间歇实验的细胞生长静态期产物的分泌过程的研究[7]。
代谢溢流模型[8]假定葡萄糖敏感类微生物存在利用碳源能力的极限值,定义为葡萄糖最大呼吸代
谢速率 qY/ 。该模型引入了极限呼吸容量 qY/ 的概念,可以对“Crabtree 效应”作出定
O2 ,maxO/S O2 ,maxO/S
量描述,反映细胞中的能量代谢。但文献中建立的代谢溢流模型一般只是用于描述存在“Crabtree 效
应”的细胞生长过程,没有考虑产物合成。
本文采用两段式间歇培养工艺生物转化合成 SAM。第一阶段以葡萄糖为碳源进行酵母细胞在好氧
条件下的增殖,第二阶段则加入葡萄糖和 L-蛋氨酸进行好氧条件下的 SAM 合成。在这一过程中,存
在着明显的乙醇积累和消耗。本文将代谢溢流模型推广应用到包括酵母生长和加前体进行产物合成的
复杂过程,建立相应的数学模型,对模型计算结果和实验数据进行比较分析。