摘要
细菌中存在降解嘧啶的生化途径，使它们能够利用嘧啶作为生长的氮源。前人已经报道了在细菌中存在的三种嘧啶降解途径：还原途径(Pyd)、氧化途径和RUT途径。在这三种途径中，对还原途径的研究最为广泛，此途径将尿嘧啶转化为氨、二氧化碳和β-丙氨酸。课题组前期在马西里氏芽孢杆菌中发现了β-丙氨酸:α-酮戊二酸转氨酶(PydD1)和金属依赖性乙醇脱氢酶(PydE)，它们将β-丙氨酸降解为3-羟基丙酸，释放残留在β-丙氨酸中的氮，该研究延伸了前人报道的还原通路，使马西里氏芽孢杆菌等细菌可以利用嘧啶作为氮源。 迄今为止对嘧啶参与细菌氮代谢的酶学研究已经非常深入，但是在嘧啶参与细菌碳代谢方面却很少有报道。本文在巨大芽孢杆菌的一个嘧啶还原降解代谢基因簇中，发现并表征了β-丙氨酸:丙酮酸转氨酶(PydD2)和NAD+依赖性丙二酸半醛脱氢酶(MSDH)，这两个酶先后作用，将β-丙氨酸转化为乙酰辅酶A，其中催化丙二酸半醛转化为乙酰辅酶A的这一步反应是氧化反应。巨大芽孢杆菌的PydD2将丙酮酸盐作为氨基受体，而前期在马西里氏芽孢杆菌中发现的PydD1是以α-酮戊二酸盐作为氨基受体，氨基受体的不同与这两条通路的生理功能不同吻合，我们进一步发现巨大芽孢杆菌能在以尿嘧啶为唯一碳和能量来源的限制性培养基中生长，解析了这一延长的还原通路的生理作用。我们的生物信息学研究表明PydD2和MSDH普遍存在于芽孢杆菌中，在许多革兰阳性杆菌中与还原嘧啶途径其它基因在基因组中成簇，这些细菌具有与巨大芽孢杆菌相似的嘧啶代谢通路，利用嘧啶获得碳和能量。本文发现了两个新酶：PydD2和MSDH，对它们的生化功能进行了表征，并揭示了它们在细菌嘧啶代谢通路中的关键作用：为细菌提供碳源和能量。该发现对了解细菌的生理、生物代谢的多样性具有重要理论意义，也为合成生物学提供了新元件，具有潜在应用价值。
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