固定化β-葡萄糖苷酶催化合成红景天甙的研究

目的:利用海藻酸钠和壳聚糖固定β-葡萄糖苷酶,催化合成红景天甙,并对固定化条件的选择、固定化酶催化合成红景天甙的条件优化进行研究.方法:采用正交实验方法寻求最佳固定化条件,以转化率为指标对合成条件进行优化.结果:固定β-葡萄糖苷酶的最佳条件为:壳聚糖浓度1.5%,吸附时间9h,交联时间12h,戊二醛浓度1.0%,吸附温度O℃,酶活力回收率达74.38%.催化合成红景天甙的最佳条件为:反应介质pH 5.8醋酸缓冲液/叔丁醇(1:9),底物浓度酩醇5g/L,D-葡萄糖与酪醇摩尔比为1:1,反应时间50h,反应温度50℃,红景天甙的转化率最高可达到71.9%.结论:固定化酶催化合成红景天甙的转化率得到较大的提高,为工业化生产提供了可靠的理论依据.     

红景天甙的生物合成及其关键代谢酶研究

红景天甙是红景天属植物的主要药效成分,是一种很有前途的环境适应药物,具有抗疲劳、抗衰老、抗微波辐射、抗病毒及抗肿瘤等特异功效,尤其在军事、航天、运动及保健医学上具重要应用价值,近年来备受关注。本文在介绍了红景天属植物的开发利用价值及资源现状的基础上,重点探索了红景天甙生物合成的可能途径。认为其甙元酪醇是经由莽草酸途径合成,再由UDP葡萄糖基转移酶（Glucosyltransferase）催化葡萄糖和酪醇合成红景天甙,而红景天甙又可能在β-D-葡萄糖苷酶作用下降解为甙元酪醇和葡萄糖。文章阐述了参与红景天甙代谢的上述两个关键酶的研究现状及前景。     

利用高山红景天培养细胞生物转化外源酪醇生产红景天甙的研究

高山红景天（ＲｈｏｄｉｏｌａｓａｃｈａｌｉｎｅｎｓｉｓＡ．Ｂｏｒ．）培养细胞中,甙元酪醇在细胞生长静止期大量积累,而此时糖基化反应的效率很低,因而红景天甙（ｓａｌｉｄｒｏｓｉｄｅ）产量较低。考虑到培养细胞中酪醇葡萄糖基转移酶的活性在指数生长期达到最高,考察了在指数生长期添加外源酪醇生物转化生产红景天甙的可能性,并探讨了酪醇添加浓度、添加方法及细胞密度对酪醇转化率及红景天甙产量的影响。结果表明,细胞在酪醇浓度为１ｍｍｏｌ／Ｌ的培养基中培养２４ｈ后可使酪醇转化率达到９５％;过高的酪醇浓度（＞３ｍｍｏｌ／Ｌ）对细胞生长及酪醇转化率都有明显抑制作用;通过较低浓度酪醇的３次重复添加,可使细胞密度为６ｇＤＷ／Ｌ、１２ｇＤＷ／Ｌ及１８ｇＤＷ／Ｌ的培养物中的红景天甙产量分别达到１３２０ｍｇ／Ｌ、１７４０ｍｇ／Ｌ和１９８０ｍｇ／Ｌ。     

红景天甙生物合成途径：酪醇合成的起始反应及其糖基化

红景天甙(Salidroside)生源途径分子机制的解析是利用基因工程、代谢工程技术合成目标化合物的基础。糖基化是红景天甙生物合成的最后一步反应。在前期工作中,本课题组率先报道了与红景天甙生物合成相关的3个尿苷二磷酸葡萄糖基转移酶(UGTs)基因,在体外酶学性质研究的基础上,利用根癌农杆菌和发根农杆菌介导分别建立了相关转基因体系,鉴别了红景天甙生物合成最适UGT及植物和毛状根生物反应器系统合成红景天甙的效率差异;酪醇(Tyrosol)是红景天甙糖基化反应的甙元底物分子,其具体的代谢通路及其调控机制仍不明确。针对酪醇生物合成来源主要存在两种观点:一是酪醇可能来自于苯丙烷代谢途径产生的4-香豆酸,该途径起源于苯丙氨酸;二是生物碱代谢途径的中间产物酪胺可能是酪醇生物合成的前体,该途径则起源于酪氨酸。在后续工作中,否定了酪醇来源于苯丙烷代谢途径的可能性,进一步的工作证实酪氨酸脱羧酶(TyrDC)在酪醇生物合成的起始反应中担负着重要功能,酪醇作为一种苯乙烷类化合物衍生物,其生物合成来源于生物碱代谢途径。     

两种耐热磷酸化酶的构建及高效催化合成红景天苷

目的:使用表达耐热蔗糖磷酸化酶的大肠杆菌重组工程菌E. coli BL21/pET-Spase和耐热纤维二糖磷酸化酶的大肠杆菌重组工程菌E. coli BL21/pET-Cpase,发酵培养后粗酶液作为催化剂,以价格低廉的蔗糖为原料合成红景天苷。方法:分别构建耐热蔗糖磷酸化酶和耐热纤维二糖磷酸化酶大肠杆菌重组菌,然后将重组菌、蔗糖、酪醇和磷酸混合,得到反应混合物,使反应混合物在45℃下转化,而产生红景天苷。结果:在耐热蔗糖磷酸化酶酶液1200 U/L、耐热纤维二糖磷酸化酶酶液500 U/L、蔗糖110 g/L、酪醇30 g/L和磷酸50 m M的浓度下,反应条件为pH 7.0、温度45℃、转速50转/分、反应时间32小时后,红景天苷浓度达到23.7 g/L。结论:本研究使用蔗糖磷酸化酶和纤维二糖磷酸化酶联合催化的工艺,成功地高收率合成了红景天苷。同时,本研究构建的耐热磷酸化酶酶活高,处理简单,为拓展糖苷类似物的合成提供了一种新的方法。     

高山红景天细胞悬浮培养中红景天甙生物合成代谢的调控 Ⅰ:前体的影响

探索了高山红景天(Rhodiola sachalinensis A.Bor)细胞培养中红景天甙生物合成的途径,认为甙元酪醇是经由莽草酸途径生成的。在此基础上研究了酪醇、L-酪氨酸与L-苯丙氨酸三种前体加入对红景天甙生物合成的调控作用。结果表明,酪醇、酪氨酸等前体易被多酚氧化酶氧化成褐色,用与前体浓度为1:1的V。来防止褐化效果显著;浓度为0.5mmol/L的酪醇,酪氨酸及苯丙氨酸在细胞培养15d时添加,使红景天甙含量由0.336％分别提高到1.43％、1.11％、0.85％。     

基于双酶级联协调表达策略高效催化合成D-甘露醇北大核心CSCD

D-甘露醇(D-mannitol)作为合成抗肿瘤药和免疫刺激剂的重要前体被广泛应用于制药和医疗等行业,酶法合成D-甘露醇反应成本昂贵无法满足工业化生产。本研究首先筛选关键酶获得较优性能的甘露醇脱氢酶Lp MDH和用于辅因子NADH再生的葡萄糖脱氢酶Ba GDH,在大肠杆菌(Escherichia coli)BL21(DE3)中共表达,实现了基于双酶级联反应催化底物D-果糖合成D-甘露醇,D-甘露醇的初步摩尔转化率为59.7%。针对双酶级联催化反应中辅酶再生用酶与催化用酶表达量不协调的问题,通过增加Bagdh拷贝量来提高辅因子循环能力,获得了双酶催化速率平衡的重组大肠杆菌E.coli BL21/pETDuet-Lpmdh-Bagdh-Bagdh。进一步对重组菌的全细胞转化条件进行优化,确定了最适转化条件为反应温度30℃,初始pH值6.5,菌体量OD600=30,底物D-果糖100.0 g/L,辅底物葡萄糖与底物1︰1摩尔当量。于最优转化条件下5 L发酵罐转化24 h,D-甘露醇的最高产量为81.9g/L,摩尔转化率为81.9%。本研究提供了一种绿色、高效生物催化生产D-甘露醇的方法,为实现其规模化生产奠定了基础,同时也对其他相关稀有糖醇的研究具有指导意义。     

代谢工程改造大肠杆菌合成羟基酪醇

羟基酪醇是重要精细化学品,作为天然抗氧化剂被广泛应用于食品、医药领域。利用合成生物学技术生产羟基酪醇具有重要意义。本文克隆并功能鉴定了来源于大肠杆菌Escherichia coli BL21的羟化酶编码基因HpaBC,结果表明该酶的两个亚基均能成功表达并能催化酪醇生成羟基酪醇。通过CRISPR-Cas9技术将由tac启动子调控的HpaBC基因表达盒整合到前期构建的酪醇高产菌株YMG5A*R基因组中,同时删除副产物乙酸的合成途径,获得大肠杆菌代谢工程菌株YMGRD1H1。摇瓶发酵实验结果表明,重组菌株能够直接利用葡萄糖生产羟基酪醇,产量达到1.81 g/L,同时发现几乎没有副产物积累。5 L发酵罐规模的流加补料发酵实验表明,羟基酪醇最高产量达到2.95 g/L,是目前文献报道以葡萄糖从头合成羟基酪醇的最高水平。通过系统改造大肠杆菌,实现了羟基酪醇的大量合成,为进一步构建具有工业应用潜力的羟基酪醇细胞工厂奠定了基础,也为拓展芳香族化合物的微生物制造路线提供了有益的参考。     

高山红景天细胞悬浮培养中红景天甙生物合成代谢的调控：Ⅰ …

探索了高山红景天细胞培养中红景天甙生物合成的途径,认为甙元酪醇是红由莽草酸途径的。在此基础上研究了酪醇,Ｌ－酪氨酸与Ｌ－苯丙氨酸三种前体加入对就天甙生物合成的调控作用。结果表明,酪醇,酪氨酸等前体易被酚氧化成褐色,用与前体浓度为１：１的ＶＣ来防止褐化效果显著;     

帕里红景天的化学成分研究

从帕里红景天根茎的石油醚和乙醇提取部分共分得１４种结晶性化合物,经光谱分析和化学反应,分别鉴定为二十二醇、二十六酸、十九醇、β－谷甾醇、二十九醇、红景天甙、麦芽糖、棉皮素－８－葡萄糖甙、胡萝卜甙、酪醇、咖啡酸、没食子酸、形花内酯和新化合物帕里甙。     

重组共表达大肠杆菌细胞从D-葡萄糖一锅法生产D-甘露糖

【背景】D-甘露糖的酶促转化方法已受到相当大的关注。【目的】研究D-葡萄糖异构酶(D-glucoseisomerase,D-GIase)和D-来苏糖异构酶(D-lyxoseisomerase,D-LIase)共表达于大肠杆菌细胞生产D-甘露糖的工艺条件。【方法】将D-GIase和D-LIase基因片段合成后酶切连接到载体p CDFDuet-1上,构建p CDFDuet-Acce-DGI/Peba-DLI重组质粒并导入到大肠杆菌BL21(DE3)中共表达,通过摇瓶培养得到产D-GIase和D-LIase的菌体,测定该共表达细胞体系的反应条件。【结果】添加1 mmol/L Co~(2+),共表达体系酶的最适温度和p H分别为70°C和6.0。以浓度分别为100、300、500 g/L的D-葡萄糖为底物生产D-甘露糖,平衡后D-甘露糖质量浓度分别为13.8、38.1、62.6 g/L,相应的转化率分别为13.8%、12.7%、12.5%,D-葡萄糖、D-果糖和D-甘露糖的平衡比约为50:37.5:12.5。【结论】D-GIase和D-LIase在大肠杆菌细胞中组成的共表达体系通过一锅法可利用D-葡萄糖为底物生产D-甘露糖。     

菊糖芽孢乳杆菌利用麸皮水解液发酵生产D-乳酸

考察菊糖芽孢乳杆菌YBS1-5利用麸皮的水解液发酵生产D-乳酸的性能。首先研究了不同蛋白酶对麸皮中蛋白组分的水解效率,优选酸性蛋白酶并对其进行水解工艺的优化,最终其水解液中的含氮量为4.6 g/L,水解效率为85.8%。对酸性蛋白酶的水解液残渣进行稀酸预处理后,利用纤维素酶对其进行酶解。通过批次补料酶解,水解液中的还原糖质量浓度达141.2 g/L,其中葡萄糖质量浓度为138.1 g/L、木糖质量浓度为1.4 g/L。利用麸皮的蛋白酶水解液和纤维素酶水解液替代葡萄糖和酵母粉发酵制备D-乳酸。在96 h内,D-乳酸产量达99.5 g/L,生产速率达1.04 g/(L·h),转化率89.1%。     

酵母酶系合成三磷酸鸟苷的研究

研究了利用啤酒酵母细胞酶系催化鸟苷酸(GMP)合成三磷酸鸟苷(GTP)的工艺过程。采用分式析因及响应面实验设计对其工艺条件进行优化,分析了温度、pH、酵母、无机盐和表面活性剂等因素对GTP积累的影响,得到了一个可以较好预测实际反应的二次方模型以及优化条件即：GMP 7．16g/L,葡萄糖55g/L,酵母270g/L,硫酸氨1．5g/L,硫酸镁2g/L,磷酸二氢钾27．2g/L,表面活性剂8川L,氯化十六烷基吡啶1．5g/L,pH6．74,温度37．4℃。经过优化,反应得率从71．3％增至92．7％,较国内外报道的水平(80％)提高了12．7％.     

汉逊德巴利酵母发酵葡萄糖生产D-阿拉伯糖醇

从378株耐高渗酵母中,筛选到1株由葡萄糖发酵高产D-阿拉伯糖醇的酵母。通过生理生化和分子生物学的鉴定,证实该菌株为Debaryomyces hansenii,保藏编号CICIM Y 0504。研究该酵母摇瓶发酵的主要影响因素,确定其摇瓶发酵条件为:葡萄糖200 g/L,酵母膏10 g/L,初始pH值3,装液量20 mL/250 mL,温度30℃。在此条件下发酵120 h,D-阿拉伯糖醇浓度达90.37 g/L,转化率45.18%。在15 L发酵罐对该酵母进行扩大培养,结果表明,初始葡萄糖浓度200 g/L的分批发酵产D-阿拉伯糖醇64.07 g/L,转化率33.94%;葡萄糖浓度控制在30～50 g/L的分批补料发酵产D-阿拉伯糖醇125 g/L,转化率37.5%。研究结果对葡萄糖发酵生产D-阿拉伯糖醇工业化的实现具有重要启示。     

营养因子对干酪乳杆菌LC2W胞外多糖合成的影响

针对影响干酪乳杆菌LC2W产胞外多糖的主要营养因子:葡萄糖、酪蛋白胨和酵母提取物进行了单因素及正交试验,确定了合成胞外多糖的最适组成为葡萄糖60 g/L,酪蛋白胨16 g/L ,酵母提取物10 g/L,其中酪蛋白胨影响差异极显著.验证试验表明,以优化后的培养基进行发酵试验,37 ℃培养24 h,所得胞外多糖量为120.37 mg/L,较原来提高67.97 %.     

大花红景天正丁醇提取物的化学成分研究

从云南产大花红景天（Rhodiola crenulata（Hook．f.et．Thoms）．S．H．Fu）植物的正丁醇提取物中分离得到五个化合物,经光谱和波谱解析,分别为大花红天素、酪醇、红景天苷、德钦红景天苷和草质素7-O-（3″-O-β-D-葡萄糖基）-α-L-鼠李糖苷,其中德钦红景天苷为首次在大花红景天中发现的黄酮类化合物。     

红景天苷生物、化学和生物催化合成的分子理论及应用

红景天苷是红景天属植物的主要活性成分之一,研究红景天苷的高效合成具有重要的科研和应用价值。本文全面概述近年来合成红景天苷的研究状况,主要包括生物合成途径、化学合成途径、生物催化合成途径。对生物合成途径中红景天苷的代谢合成途径、关键酶及基因、实践现状进行了分析;总结了以Koenigs-Knorr法为理论基础的化学合成的研究进展;对具有广泛发展前景的体外生物催化合成状况进行了理论与实践的概述。通过对这些合成方法的展望,为人们了解合成红景天苷的研究现状、进一步深入研究提供参考。     

大花红景天多元酚类化学成分的研究

从大花红景天Rhodiola crenulata (HK.f.et thoms)H.Ohba的乙酸乙酯提取物中分离出12个多元酚类化合物。其中六个经光谱分析和化学方法鉴定为没食子酸(gallic acid,1),酪醇(p-tyrosol,2),6-氧-没食子酰基红景天甙(6-O-galloylsalidroside,3),1,2,3,4,6-五氧-没食子酰基-β-D-吡喃葡萄糖(1,2,3,4,6-penta-O-galloyl-β-D-gluco pyranoside,4),草质素-7-氧-α-L-吡喃鼠李糖甙(rhodionin,5),草质素-7-氧-(3-氧-β-D-吡喃葡萄糖基)-α-L-吡喃鼠李糖甙(rhodiosin,6),1和4具有抗毒肝素的活性,4还有抗脂质过氧化的活性,2,5,6具有提高机体抗逆境能力的活性。     

利用Design-Expert软件优化丝氨酸羟甲基转移酶产酶培养基

利用Design-Expert软件中水平设计和响应面分析法对产酶基本培养基主要成分进行了优化,经过逐步回归分析建立了丝氨酸羟叫基转移酶（SHMT）活力对培养基主要成分的二次回归模型,其回归方程的决定系数达到了0．9984。得到的最佳培养琏主要组成为：葡萄糖29．5g／L、硫酸铵18．1g/L、玉米浆3．79g／L。SHMT活力最高达到113．7U／ml,比优化前（77U／mL）提高了47．7%。优化后的酶液经酶促反应50h,能催化产生10g／L的L-丝氨酸,比优化前（6g／L）提高66．7％。     

利用农业废弃物发酵生产D-乳酸

利用农业废弃物玉米芯酶解液替代葡萄糖作为碳源,棉籽粕替代酵母膏作为氮源发酵生产D-乳酸。结果表明:在初始还原糖质量浓度为100 g/L(葡萄糖88.5 g/L,木糖11.5 g/L)、棉籽粕3.5 g/L、每升发酵体积添加3 U的中性蛋白酶以及pH 6.5的情况下,采取补料发酵措施,菌株Sporolactobacillus sp.YBS1-5在90 h内产生了111.8 g/L的D-乳酸,糖酸转化率为87%,光学纯度达98%以上,生产强度达1.24 g/(L·h)。本文提供了一种利用农业废弃物发酵产D-乳酸的新途径。