利用啤酒酵母酶系催化一磷酸核苷(AMP、CMP、GMP、UMP)磷酸化合成三磷酸核苷(ATP、CTP、GTP、UTP),是最具应用前景的三磷酸核苷生产方法之一。认识反应机理,优化生产工艺、提高产率、降低成本是当前三磷酸核苷工业化生产急待解决的问题。本文针对存在的问题,依据磷酸化反应的基本原理,选用一株具有较高三磷酸核苷生产活力的酵母菌,研究了酵母量、葡萄糖、无机盐、无机磷、表面活性剂、温度及 pH 等因素对三磷酸核苷积累的影响,并对其进行了优化。研究了利用啤酒酵母细胞酶系合成三磷酸核苷(NTP)的反应机理,考察了多种因素对一磷酸核苷(NMP)转化的影响,结果表明:酵母酶系催化 NMP 转化为 NTP 的反应受到不同因素的影响,NMP 的转化反应首先是葡萄糖的酵解和含能磷酸化合物的积累;糖的磷酸化反应优先于 NMP 的磷酸化反应;Mg2+为有关酶的激活剂,高浓度的 Mg2+对转化影响不大。CTP、GTP、UTP 的合成则以ATP 的生成为基础,相应的一磷酸核苷以 ATP 为磷酸供体通过核苷一磷酸激酶(nucleoside monophosphate kinase)和核苷二磷酸激酶(nucleoside diphosphatekinase)的作用转化为三磷酸核苷。研究了表面活性剂对酵母细胞通透性的影响,发现经过适当预处理,酵母细胞的通透性得到改善,转化活力提高,反应时间缩短,得率提高。通过对影响合成的酵母、葡萄糖、无机盐、无机磷、温度、pH 等进行单因素分析得到反应过程中各因素的最适值。以此为基础,分别对四种产品合成的反应条件,采用分式析因设计和响应面设计等实验设计进行优化,优化条件为:(1)三磷酸腺苷的合成:腺嘌呤核苷酸 6.5g/L, 葡萄糖 35g/L,酵母 285g/L,硫酸铵 5.0g/L, 硫酸镁 2.0g/L, 磷酸二氢钾 0.25M,表面活性剂 I 47.6ml/L,表面活性剂 II 3.0ml/L, pH 6.8, 温度 38.0℃。(2)三磷酸胞苷的合成:胞嘧啶核苷酸 6.5g/L, 葡萄糖 57.1g/L,酵母 276.5g/L,硫酸铵 2.0g/L, 硫酸镁 2.0g/L, 氯化钠 1g/L,G 磷酸二氢钾 0.22M,表面活性剂I 17.2ml/L,表面活性剂 II 4.0ml /L, pH 6.5, 温度 36.0℃。(3)三磷酸鸟苷的合成:鸟嘌呤核苷酸 7.16g/L, 葡萄糖 55.g/L, 酵母 270g/L, I<WP=5>硫酸铵 1.5g/L, 硫酸镁 2.0g/L, 磷酸二氢钾 0.20M,表面活性剂 I 8ml/L,表面活性剂 II 1.5ml/L, pH 6.74, 温度 37.4℃。(4)三磷酸尿苷的合成:尿嘧啶核苷酸 7.2g/L, 葡萄糖 51.8g/L, 酵母 270g/L,硫酸铵 2g/L, 硫酸镁 3.0g/L, 磷酸二氢钾 0.26M,表面活性剂 I 48.1ml/L,表面活性剂 II 2.0ml/L, pH 6.0, 温度 37.0℃。相应于优化条件的反应得率为:三磷酸腺苷:99.1% ,三磷酸胞苷:97.2%,三磷酸鸟苷:92.7%,三磷酸尿苷:88.9%。较国内外报导的水平(三磷酸腺苷:90%,其它三种三磷酸核苷:78～80%)有大幅度提高。本文对三磷酸核苷的合成工艺进行优化;初步探讨了反应机理。研究取得了很大的进展,获得了突破性的成果。在不断解决问题的过程中,积累了经验,丰富了理论。本文为后继的科研工作奠定了坚实的实践和理论基础。