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甜菜碱（N,N,N-三甲基甘氨酸）含有三个甲基,是生物合成维生素B12最为常用的甲基供体。柠檬酸是三羧酸循环的中间代谢物及重要调节点,人们常借助外源添加柠檬酸钠调节微生物发酵过程的代谢流分布。本文借助代谢组学和蛋白质组学技术,揭示了标志性差异代谢物和蛋白质表达差异等信息,重点阐释了甜菜碱促脱氮假单胞杆菌高效合成维生素B12的作用机理,并利用酶学分析技术探究了柠檬酸钠的代谢调节作用。（1）阐释了甜菜碱抑制菌体生长和促进维生素B12合成的作用机制首先通过摇瓶发酵实验,考察了甜菜碱对菌体生长以及产物合成的影响,结果表明:甜菜碱是维生素B12合成所必不可少的组分,然而甜菜碱被菌体利用后又会致使发酵液中积累高浓度的甘氨酸,因氮源阻遏效应而对菌体生长产生严重的抑制作用。进一步采用基于GC-MS平台的代谢组学分析技术并结合胞内游离氨基酸分析,研究了脱氮假单胞杆菌在添加0 g/L和10 g/L甜菜碱下的胞内代谢物变化情况,结果表明:甜菜碱能显著促进与维生素B12合成相关的前体氨基酸的生成,如参与δ-氨基乙酰丙酸合成的谷氨酸和甘氨酸,以及参与甲基化反应的甲硫氨酸。最后采用基于iTRAQ技术的蛋白组学手段,探究了脱氮假单胞杆菌在添加0 g/L和10 g/L甜菜碱下的蛋白质表达差异情况,结果表明:甜菜碱的添加有助于菌体氧化磷酸化作用,并且会显著降低有关核糖体蛋白质的表达;通过分析Pathway中卟啉代谢途径,发现甜菜碱能上调与维生素B12合成途径相关的蛋白质表达,尤其是尿卟啉III转甲基酶、前咕啉-4转甲基酶和前咕啉-2转甲基酶等。根据以上研究结果可以分析得出,甜菜碱除了作为维生素B12合成所必需的甲基供体之外,还能促进与维生素B12合成密切相关的前体氨基酸的生成以及酶蛋白的表达,从而有助于维生素B12的生物合成。（2）揭示了柠檬酸钠对脱氮假单胞杆菌的代谢调节作用摇瓶实验考察了不同浓度的柠檬酸钠对脱氮假单胞杆菌发酵的影响,结果表明:0.3%-0.4%的柠檬酸钠可有效地将发酵过程的pH稳定在6.5-7.0,并且有助于菌体生长和维生素B12合成。有机酸的测定结果表明,外源添加柠檬酸钠能显著降低菌体柠檬酸和琥珀酸的积累并且加速苹果酸的消耗,这不仅可避免发酵液pH急剧下降,而且可为维生素B12合成提供足量的还原力NADH。糖代谢途径关键酶酶学测试结果表明,外源添加柠檬酸钠可显著提高菌体HMP途径中葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的活力,并同时降低EMP途径中丙酮酸激酶和磷酸果糖激酶,以及TCA循环中柠檬酸合成酶的活力。因此,柠檬酸钠有助于提高脱氮假单胞杆菌HMP途径的代谢通量,而这可为维生素B12的合成提供充足的还原力NADPH,从而有利于维生素B12发酵产量的提高。