烟酰胺腺嘌呤二核苷酸类化合物的合成方法技术

本发明专利技术公开了烟酰胺腺嘌呤二核苷酸类化合物的合成方法

【技术实现步骤摘要】
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸类化合物的合成方法


[0001]本专利技术属于生物
，具体涉及烟酰胺腺嘌呤二核苷酸类化合物的合成方法
。

技术介绍

[0002]烟酰胺腺嘌呤二核苷酸
(Nicotinamide adenine dinucleotide
，
NAD
+
)
和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸
(Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate
，
NADP
+
)
及其相应的还原态
NADH
和
NADPH
在生物体内作为一类重要的电子载体参与生物体内众多的氧化还原反应，如糖酵解
、TCA
循环等
。
在生物体中，辅因子
NAD
+
还可以作为多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶
(PARPs)、
环
ADP
核糖合酶
(cADPR synthases)、
去乙酰化酶
(Sirtuins)
等酶的底物而参与生物体内不同生理过程的调控
。
近年来，随着绿色合成概念的提出，辅因子
NAD(P)+/NAD(P)H
依赖型生物催化系统的开发和应用受到了人们越来越多的关注，而研究结果表明辅因子的高效供给是生物合成体系发展的关键限制因素之一
。
[0003]回顾过往研究，在生物体内辅因子
NAD<br/>+
主要有三种不同的从头合成方式
。
在植物
、
大部分细菌和古菌生物体内，基于天冬氨酸的从头代谢途径被用于
NAD
+
合成；在真菌和哺乳动物等真核生物以及某些细菌体内，起始于色氨酸的犬尿酸代谢途径被用于
NAD
+
的从头合成；另外，研究人员通过合成生物学手段开发出了一条起始于分支酸的人工设计
NAD
+
合成途径
C3N
途径
。
途径分析可以发现上述三条
NAD
+
合成途径均经过共同的中间代谢物喹啉酸，然后经由三步共通的代谢途径：喹啉酸磷酸核糖转移酶，烟酸单核苷酸腺苷酰基转移酶和
NAD
+
合酶后合成
NAD
+
。
但是，在部分生物体中喹啉酸可以经过喹啉酸磷酸核糖转移酶，烟酰胺单核苷酸合酶和烟酰胺单核苷酸腺苷酰基转移酶的催化而合成
NAD
+
。
此外，除了这些从头合成途径之外，部分食物来源或
NAD
+
降解产物如烟酸，烟酰胺和烟酰胺单核苷酸等均可以借助不同的
NAD
+
回补途径而被用于
NAD
+
的合成
。
[0004]在高滴度
NAD
+
合成体系的开发过程中，基于代谢工程思路的途径调控，前体补给和酶工程等策略的应用在实际研究中面临着多种制约
。
如在利用天冬氨酸和色氨酸途径进行
NAD
+
细胞合成体系的设计中，
NAD
+
的合成与生物体蛋白合成之间激烈的氨基酸竞争会造成生长受限，同时调控网络的复杂性和中间代谢物的细胞毒性等会进一步限制
NAD
+
的高效合成
。
人工设计的
C3N
途径虽可高效合成
NAD
+
，但是部分途径酶学效率低和中间代谢物的过度积累等问题同样限制了其在
NAD
+
合成中的应用
。
在
NAD
+
体外合成体系的开发过程中，高化学计量
ATP
的添加，高耗时的酶制备和反应组分的不稳定性等因素而造成其整体成本过高和效率过低而限制了它的进一步开发；而化学合成基本没有研究
。
因此，拓展
NAD
+
的生物合成方法以实现简约
、
高效的
NAD
+
生物合成仍然是亟须解决的问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术通过对
NAD
+
合成途径的生物信息学分析，合成途径的理性再设计和关键酶系的挖掘与筛选构建了一条简约高效的
NAD
+
合成新通路，并在一定程度上规避了上述不同
NAD
+
合成方式中存在的限制因素
。
[0006]烟酰胺腺嘌呤二核苷酸类化合物具体可包括烟酰胺腺嘌呤二核苷酸
(Nicotinamide adenine dinucleotide
，
NAD
+
)
和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸
(Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate
，
NADP
+
)
及其相应的还原态
NADH
和
NADPH。
[0007]本专利技术的目的之一在于提供一种烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的合成方法
。
[0008]本专利技术提供了一种烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的合成方法，包括如下步骤：
[0009](a)
制备喹啉酸；
[0010](b)
喹啉酸在喹啉酸磷酸核糖转移酶的催化下生成烟酸单核苷酸；
[0011](c)
利用烟酸单核苷酸完成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的制备
。
[0012]步骤
(a)
包括如下步骤：
[0013](1)
以邻氨基苯甲酸为起始物，经过3‑
位羟基化合成3‑
羟基邻氨基苯甲酸；
[0014](2)3
‑
羟基邻氨基苯甲酸通过氧化开环和自发重排反应后生成喹啉酸
。
[0015]本专利技术还提供了一种烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的合成方法，包括如下步骤：
[0016](I)
按照上述的方法制备得到烟酰胺腺嘌呤二核苷酸；
[0017](II)
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸在烟酰胺腺嘌呤二核苷酸激酶催化下与
ATP
反应生成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸
。
[0018]本专利技术还提供了一种喹啉酸的合成方法，包括如下步骤：
[0019](1)
以邻氨基苯甲酸为起始物，经过3‑
位羟基化合成3‑
羟基邻氨基苯甲酸；
[0020](2)3
‑
羟基邻氨基苯甲酸通过氧化开环和自发重排反应后生成喹啉酸
。
[0021]可选地，如上述的方法，
[0022]所述步骤
(1)
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的合成方法，包括如下步骤：
(a)
制备喹啉酸；
(b)
喹啉酸在喹啉酸磷酸核糖转移酶的催化下生成烟酸单核苷酸；
(c)
利用烟酸单核苷酸完成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的制备；步骤
(a)
包括如下步骤：
(1)
以邻氨基苯甲酸为起始物，经过3‑
位羟基化合成3‑
羟基邻氨基苯甲酸；
(2)3
‑
羟基邻氨基苯甲酸通过氧化开环和自发重排反应后生成喹啉酸
。2.
一种烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的合成方法，包括如下步骤：
(I)
按照权利要求1所述的方法制备得到烟酰胺腺嘌呤二核苷酸；
(II)
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸在烟酰胺腺嘌呤二核苷酸激酶催化下与
ATP
反应生成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸
。3.
一种喹啉酸的合成方法，包括如下步骤：
(1)
以邻氨基苯甲酸为起始物，经过3‑
位羟基化合成3‑
羟基邻氨基苯甲酸；
(2)3
‑
羟基邻氨基苯甲酸通过氧化开环和自发重排反应后生成喹啉酸
。4.
如权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于：所述步骤
(1)
中，采用邻氨基苯甲酸3‑
单加氧酶催化邻氨基苯甲酸生成3‑
羟基邻氨基苯甲酸；所述步骤
(2)
中，采用3‑
羟基邻氨基苯甲酸3，4‑
双加氧酶催化3‑
羟基邻氨基苯甲酸的氧化开环重排反应生成喹啉酸
。5.
如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述邻氨基苯甲酸3‑
单加氧酶为邻氨基苯甲酸3‑
单加氧酶
A
或邻氨基苯甲酸3‑
单加氧酶
B
；所述邻氨基苯甲酸3‑
单加氧酶
A
是如下任一种蛋白质：
a1)
氨基酸序列为
SEQ ID No.8
的蛋白质；
a2)
将
SEQ ID No.8
所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和
/
或缺失和
/
或添加且具有相同功能的蛋白质；
a3)
与
a1)
‑
a2)
中任一所限定的氨基酸序列具有
70
％以上同源性且具有相同功能的蛋白质；
a4)
在
a1)
‑
a3)
中任一所限定的蛋白质的末端连接标签后得到的融合蛋白；所述邻氨基苯甲酸3‑
单加氧酶
B
是如下任一种蛋白质：
b1)
氨基酸序列为
SEQ ID No.10
的蛋白质；
b2)
将
SEQ ID No.10
所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和
/
或缺失和
/
或添加且具有相同功能的蛋白质；
b3)
与
b1)
‑
b2)
中任一所限定的氨基酸序列具有
70
％以上同源性且具有相同功能的蛋白质；
b4)
在
b1)
‑
b3)
中任一所限定的蛋白质的末端连接标签后得到的融合蛋白
。6.
如下任一一种试剂在催化邻氨基苯甲酸生成3‑
羟基邻氨基苯甲酸中的应用，
(1)
包含权利要求5中所述的邻氨基苯甲酸3‑
单加氧酶的试剂；
(2)
包含权利要求5中所述的邻氨基苯甲酸3‑
单加氧酶相关生物材料的试剂；
(3)
包含权利要求5中所述的邻氨基苯甲酸3‑
单加氧酶和
FAD
还原酶的试剂；
所述相关生物材料为如下任一种：
B1)
编码权利要求5中所述邻氨基苯甲酸3‑
单加氧酶的核酸分子；
B2)
含有
B1)
所述核酸分子的表达盒；
B3)
含有
B1)
所述核酸分子的重组载体；
B4)
含有
B2)
所述表达盒的重组载体；
B5)
含有
B1)
所述核酸分子的重组微生物；
B6)
含有
B2)
所述表达盒的重组微生物；
B7)
含有
B3)
所述重组载体的重组微生物；
B8)
含有
B4)
所述重组载体的重组微生物；
B9)
含有
B1)
所述核酸分子的重组细胞；
B10)
含有
B2)
所述表达盒的重组细胞；
B11)
含有
B3)
所述重组载体的重组细胞；

【专利技术属性】
技术研发人员：陈义华，李心利，
申请(专利权)人：中国科学院微生物研究所，
类型：发明
国别省市：