高分子膜载体固定化酵母催化2-辛酮不对称还原

以戊二醛交联尼龙6膜载体固定化面包酵母DX213,采用固定化酵母细胞催化2-辛酮不对称还原得到(R)-2-辛醇。系统考察了有机溶剂、反应时间、pH、底物、辅助底物和热处理等因素对反应的产率和光学选择性的影响。结果表明,上述因素对酵母细胞催化不对称合成(R)-2-辛醇反应均有显著影响。二氯甲烷为该反应最适有机溶剂,在固定化细胞57 g/L(50℃预热50 min),水相与有机溶剂相体积比4/1,pH 7.0,初始2-辛酮浓度为60 mmoL/L(分别在反应0,10,17 h等分添加),蔗糖5.7 g/L和28℃条件下反应48 h,(R)-2-辛醇的产率和e.e.值分别达到89.3%和96.8%。     

谷氨酸棒杆菌L-天冬氨酸α-脱羧酶在大肠杆菌中的表达及酶转化生产β-丙氨酸

【目的】克隆谷氨酸棒杆菌来源L-天冬氨酸α-脱羧酶基因, 实现其在大肠杆菌中的异源表达, 并进行酶转化L-天冬氨酸合成β-丙氨酸的研究。【方法】PCR扩增谷氨酸棒杆菌L-天冬氨酸α-脱羧酶基因pand, 构建表达载体pET24a(+)-Pand, 转化宿主菌大肠杆菌BL21(DE3), 对重组菌进行诱导表达, 表达产物经DEAE离子交换层析和G-75 分子筛层析纯化后进行酶学性质研究, 然后进行酶转化实验, 说明底物和产物对酶转化的影响。【结果】重组菌SDS-PAGE分析表明Pand表达量可达菌体总蛋白的50%以上, AccQ·Tag法检测酶活达到94.16 U/mL。该重组酶最适反应温度为55 °C, 在低于37 °C时保持较好的稳定性, 最适pH为6.0, 在pH 4.0?7.0范围内有较好的稳定性。酶转化实验说明: 底物L-天冬氨酸和产物β-丙氨酸对转化反应均有抑制作用; 实验建立了较优的酶转化反应方式, 在加酶量为每克天冬氨酸3 000 U时, 以分批加入固体底物L-天冬氨酸的形式, 使100 g/L底物转化率达到97.8%。【结论】重组L-天冬氨酸α-脱羧酶在大肠杆菌中获得高效表达, 研究了酶转化生产β-丙氨酸的影响因素, 为其工业应用奠定了基础。     

产(R)-1,3-丁二醇的工程菌构建及转化条件研究

[目的]利用重组大肠杆菌实现(R)-1,3-丁二醇的生物合成。[方法]从脱硫球菌(Desulfococcus biacutus)中克隆得到羰基还原酶基因DbCR,构建pET28a-DbCR表达载体并在大肠杆菌E.coli BL21中表达,利用气相色谱对反应液进行检测。[结果]DbCR在pH 7.5、35℃的最适条件下的酶活力为4.5 U/mL。在50 mL全细胞反应体系中,重组工程菌在pH 7.5、30℃条件下,反应48 h时,对300 mmol/L底物4-羟基-2-丁酮的转化率 96%,产物(R)-1,3-丁二醇的e.e.值 99%。[结论]构建得到高效催化合成(R)-1,3-丁二醇的工程菌,工程菌对底物的转化率96%,产物纯度 99%。     

基于金属有机框架的固定化酰胺酶制备及催化合成(S)-4-氟苯甘氨酸

以微水溶剂热法快速制备的稳定锆基金属有机框架为载体,戊二醛为交联剂,采用交联法对酰胺酶进行固定化,考察了不同条件对酰胺酶固定化效率的影响。结果表明,戊二醛浓度为1.0%、交联时间为180 min、载体与酶的质量比为8︰1,固定化效率最佳,固定化酶活力回收率达86.4%,蛋白负载量达115.3 mg/g。固定化酶最适温度为40 ℃,最适pH值为9.0,在40 ℃下半衰期为72.2 d,该固定化酶的Km为58.32 mmol/L,Vmax为16.23 μmol/(min·mg),kcat为1 670 s–1。此外,考察了固定化酶催化合成 (S)-4-氟苯甘氨酸的工艺：最适底物浓度300 mmol/L,固定化酶用量10 g/L,反应时间180 min,在最佳反应条件下转化率达49.9%,对映体过量 (Enantiomeric excess,e.e.) 为99.9%。进一步考察了该固定化酶分批催化反应性能,重复使用20批次后,固定化酶活力仍保留95.8%。     

Serratia marcescens H30脂肪酶的重组可溶表达、固定化及其酶学性质

为了提高Serratia marcescens H30脂肪酶的可溶表达水平,分别将目的基因与p GEX-4T-1、p ET28a和p ET32a构建重组表达载体,转入大肠杆菌BL21(DE3),通过优化诱导过程,发现可溶性酶的最高活性可达25 000 U/L。再经Ni2+亲和柱纯化、LH-EP固定化后,固定化酶的比酶活为214 U/g(以1 g湿质量计),酶活回收率为51%。固定化后重组脂肪酶的最适温度由30℃提高到35℃,最适p H从7.0偏移至8.0左右,并且稳定性也有所增加。该固定化重组脂肪酶同样能够拆分消旋体反式-4-甲氧苯基缩水甘油酸甲酯,光学选择性没有改变。反应14 h,转化率为48.5%,底物的e.e.值为99.2%,表明该固定化脂肪酶能有效拆分消旋体反式-4-甲氧苯基缩水甘油酸甲酯,为工业生物催化制备地尔硫卓提供了可能。     

两种L-天冬氨酸α-脱羧酶的表达与酶学性质分析

【目的】实现单核增生李斯特菌(Listeria monocytogenes)和杰氏棒杆菌(Corynebacterium jeikeium)L-天冬氨酸α-脱羧酶基因在Escherichia coli中异源表达,纯化重组蛋白并对其进行酶学性质分析。【方法】依照E.coli的密码子偏好性优化来源于L.monocytotogens和C.jeikeium的pan D基因序列。人工合成后以此构建表达载体pET28a(+)-pan D_(Lm)和p ET28a(+)-pan D_(Cj),转化E.coli BL21(DE3),实现panD_(Lm)和panD_(Cj)基因的异源表达。利用亲和层析纯化获得携带组氨酸标签的纯酶后进行酶学性质研究,并考察底物对酶反应的影响。【结果】重组菌蛋白电泳分析结果表明,重组酶panD_(Lm)和panD_(Cj)均有自加工功能,裂解后形成了α亚基和β亚基。重组酶比酶活分别为8.9 U/mg和11.8 U/mg。两种酶的最适反应温度均为60°C,最适p H分别为7.0和6.0,它们都在30-50°C,酸性条件下较稳定。与目前研究最多的谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)来源的Pan DC.g相比,Pan DL.m受底物天冬氨酸的抑制作用较小。【结论】panD_(Lm)和panD_(Cj)可在高温酸性条件下特异性转化L-天冬氨酸生成β-丙氨酸,其中panD_(Lm)受底物的抑制作用较小,具有一定的工业应用潜力。     

固定化重组β-葡萄糖苷酶转化大豆异黄酮的研究

以壳聚糖微球为载体,采用交联-吸附法固定重组β -葡萄糖苷酶.研究考察了该酶的固定化条件及固定化酶转化大豆异黄酮类底物黄豆黄苷的最适反应体系和系统稳定性.结果显示该固定化酶能够有效转化大豆异黄酮的三种糖苷,黄豆黄苷最适转化条件为pH 6.4,45℃.在pH6.4的缓冲液中4℃贮存25 d后,酶活力仍保持85％以上.固定化重组酶在重复使用10批次的情况下,底物转化率仍能保持在85％左右.     

β-脱卤酶的基因克隆表达及其酶学性质

根据GenBank中的序列设计引物,克隆芽孢杆菌中的β-脱卤酶基因(命名为bhd)。以pET30a(+)为载体、Escherichia coli BL21(DE3)-CondonPlus为宿主菌,实现了bhd的高效表达。使用HisTrapTMFF亲和层析柱纯化重组β-脱卤酶,分子量约为23.1 kD。酶学性质研究表明,纯化的重组β-脱卤酶水解3-氯丙酸制备3-羟基丙酸的最适反应体系为30°C,100 mmol/L,pH 7.0的磷酸钠缓冲液。在最适反应条件下,重组β-脱卤酶的比活为16.2 U/mg,Km和Vmax分别为3.26μmol/L和17.86 mmol/(min.g protein)。在最适反应条件下,以10 mmol/L 3-氯丙酸为底物,反应36 h的转化率在93%以上。     

羰基还原酶产生菌Candida ontarioensis制备(R)-2-氯-1-(3-氯苯基)乙醇

从实验室保藏的菌株中筛选获得Candida sp.PT2A,并通过18S rRNA鉴定为安大略假单胞菌Candida on-tarioensis。对C.ontarioensis不对称还原合成(R)-2-氯-1-(3-氯苯基)乙醇的发酵产酶条件和转化条件进行优化,确定了最适的发酵产酶条件和转化条件:温度30℃,初始pH 6.5,摇床转速180 r/min,菌体质量浓度200 g/L。采用2-氯-1-(3-氯苯基)乙酮质量浓度为10 g/L时,还原反应72 h,(R)-2-氯-1-(3-氯苯基)乙醇的e.e.值为99.9%,产率为99%;底物质量浓度提高至30 g/L时,产率下降为84.3%。采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对C.ontarioensis细胞进行通透性处理(CTAB g/L,4℃下处理20 min),在30 g/L底物下反应24 h,产物的e.e.和产率分别达到99.9%和97.5%。     

克雷伯氏菌甘油脱氢酶dhaD的克隆表达、纯化及酶学性质研究

以克雷伯氏菌基因组DNA为模板,扩增得到编码甘油脱氢酶（GDH）的基因dhaD,将其克隆到大肠杆菌表达载体pET-28a(+)上,在E.coliBL21（DE3）中诱导表达,利用表达载体pET-28a(+)上的6·His-Tag标记选用Ni柱亲和层析法纯化表达具有活性的甘油脱氢酶(GDH),纯化后比酶活达到156U/mg,纯化倍数达4.6倍,回收率为67.4%。并初步研究了该酶的酶学性质,酶反应的最适pH为11.0,在pH7.0～12.0范围内稳定;酶反应的最适温度为30℃,稳定范围为25～45℃; 酶动力学参数以甘油为底物的Km为0.54 mmol/L, Vmax为0.49 μmol/(mL·min)。     

高产天冬氨酸酶的大肠杆菌细胞的固定化

用聚乙烯醇凝胶包埋具有高活力天冬氨酸酶的大肠杆菌(Escherichia coli)No.1细胞。该酶的表现活力高达1638 00u／g湿细胞,酶活力的回收率为97．5％。固定化细胞和游离细胞天冬氨酸酶的最适pH均为8．0,最适温度分别为40—45℃和40—55℃。二价金属离子Mn2+、Mg2+、Ca2+和Fe2+对热钝化的天冬氨酸酶活力具有保护作用。在37—45℃下,两种细胞的热稳定性相同。二者在pH6．0的柠檬酸缓冲液中比较稳定。固定化细胞在1mol／L、pH8．0的底物溶液(内含Mn2+1mmol／L)中于4℃冰箱保存6个月,天冬氨酸酶的活力保持不变。用固定化细胞柱连续生产L-天冬氨酸,底物转化为产物的转化率达95％以上;产物的总 收率为91．1％。固定化细胞柱连续运转40天,天冬氨酸酶活力仍保持最初酶活力的90％。     

根瘤菌BK-20固定化细胞生产L(+)-酒石酸

顺式环氧琥珀酸水解酶(CESH)是根瘤菌BK-20生产L(+)-酒石酸的关键酶。为提高其生产效率和生产稳定性,首先优化根瘤菌BK-20的产酶条件,然后利用固定化细胞连续生产L(+)-酒石酸。结果显示,优化后游离细胞酶活达(3 498.0±142.6)U/g,较优化前提高643%。固定化细胞酶活达(2 817.2±226.7)U/g,其最适包埋剂、菌体浓度和凝胶浓度分别为海藻酸钠,10%(W/V)和1.5%(W/V)。固定化细胞连续反应10批后,其形状和酶活均无明显改变,单批次转化率达98%以上,具有良好的生产稳定性。     

高产(+)γ-内酰胺酶菌株的筛选与发酵产酶研究

从土壤中筛选获得高产(+)γ-内酰胺酶的微生物菌株,并鉴定和保藏为Delftia sp.CGMCC No.5755.对该Delfiia sp菌株的发酵产酶条件进行了研究,结果表明,最适发酵培养基为:蔗糖30 g/L,蛋白胨30 g/L,牛肉膏25 g/L,乙酰胺5 g/L,MgS04 1 g/L;最适发酵温度及初始pH分别为32℃和pH 7.0.该菌株在上述条件下发酵培养20 h,菌体生物量为16.0 g/L,(+)γ-内酰胺酶的酶活为692 U/L.采用Delftia sp.静息细胞对100 g/L的外消旋底物2-氮杂二环-[2.2.1]-庚烷-5-烯-3-酮(简称(±)γ-内酰胺)的水解拆分反应中,产物(-)γ-内酰胺光学纯度大于99.9％e.e.,转化率为53.7％.研究为生物催化法高效制备光学纯(+)γ-内酰胺提供了可行的途径.     

红冬孢酵母苯丙氨酸解氨酶基因pal在大肠杆菌中的克隆与表达

以红冬孢酵母总RNA为模板反转录获得其苯丙氨酸解氨酶基因pal,测序与已公布蛋白序列进行比对,相似度为99％.并以含有T7强启动子的pET - 28a(+)为载体构建重组质粒pET - 28a(+)- pal,通过异丙基硫代-β-D-半乳糖苷(IPTG)诱导实现苯丙氨酸解氨酶(PAL)在大肠杆菌中的表达.对诱导条件进行初步优化后,重组茵PAL比酶活可达到42.99 U/g.转化实验中肉桂酸的转化率为48.52％,L-苯丙氨酸生成量为1.73 g/L.结果表明,红冬孢酵母pal基因通过表达载体pET - 28a(+)在E.coli中获得了高效表达.     

球孢白僵菌固定化生物转化合成D-HPPA

[目的]利用球孢白僵菌进行固定化生物转化,将底物R-(+)-2-苯氧基丙酸(D-PPA)转化合成产物R-(+)-2-(4-羟基苯氧基)丙酸(D-HPPA)。[方法]利用海藻酸钠和聚乙烯醇对球孢白僵菌进行包埋处理,并对包埋条件进行累积优化。[结果]4%海藻酸钠和4. 5%聚乙烯醇混合后,再加入2. 5%的氯化钙作为交联剂交联8 h。在此包埋条件下制备的白僵菌凝胶珠,置于30 g/L的D-PPA进行固定化生物转化。反应5 d后,产物浓度最终为29. 9 g/L,平均生产强度为5. 98 g/(L·d),底物转化率为99. 7%。[结论]海藻酸钠和聚乙烯醇可用于白僵菌的固定化,且较游离菌体的生物转化的反应周期缩短28. 6%,平均生产强度增加64. 7%,底物转化率提高17. 7%。     

双酶偶联转化富马酸制备β-丙氨酸的工艺的建立与优化

酶转化法是生产β-丙氨酸的重要途径,但单一酶法转化存在底物价格较高的问题。通过构建双酶催化体系制备β-丙氨酸,即将来源于大肠杆菌的天冬氨酸酶(AspA)和来源于谷氨酸棒杆菌的L-天冬氨酸α-脱羧酶(PanD)偶联,以富马酸和氨为底物进行酶促反应合成β-丙氨酸。催化反应中AspA与PanD的最适加酶比例为1∶80,其中AspA的浓度为10μg/mL,转化温度为37℃,pH为7.0;浓度为100 mmol/L的富马酸可在8 h内被完全转化,转化率为100%,摩尔产率为90.9%,β-丙氨酸的产量为90 mmol/L,约为7 g/L;浓度为200 mmol/L的富马酸在反应8 h后,体系中β-丙氨酸的产量为126 mmol/L,约合9.8 g/L,继续延长反应时间,转化率并没有明显提高。根据该研究提出的双酶偶联转化工艺可将价格低廉的富马酸一步转化为具有高附加值的β-丙氨酸。     

化学-酶法制备L-高苯丙氨酸

以苯丙酸乙酯为原料,通过正交设计优化2-氧4-苯基丁酸盐的制备条件：苯丙酸乙酯与草酸二乙酯摩尔比为1：3,缩合反应时间为2．5h,H2SO4质量分数为20％,水解反应时间为15h,优化条件下2-氧-4-苯基丁酸盐的产率为68．24％。随后,利用E．coli A5所产的天冬氨酸转氨酶为生物催化剂制备L-高笨丙氨酸。酶转化反应的最适条件为：游离细胞体系pH、温度、底物质量浓度和细胞质量浓度分别为8．5、37℃、20g/L和30g／L;而固定化细胞体系则分别为7．0—9．0、40℃、10g／L和30g/L。采用廉价的L-谷氨酸（L—Glu）作为氨基供体,添加表面活性剂有利于提高L-HPA产率。通过研究固定化细胞转化反应进程,结果发现8h内90％的底物可转化为L—HPA。     

D-阿洛酮糖3-差向异构酶在枯草芽孢杆菌中的高效表达及固定化细胞研究

将来源于Clostridium cellulolyticum H10的DPEase基因在食品级表达系统Bacillus subtilis中进行产酶研究,在3L发酵罐中高密度发酵最终酶活可达495U/ml,得到高表达量的DPEase酶液。通过硅藻土-海藻酸钠(吸附包埋法)对重组细胞进行固定化研究,结果表明,当海藻酸钠浓度为2%、细胞包埋量为50g/L、CaCl_2浓度为2%、硅藻土浓度为1%时,固定化细胞酶活回收率可达64%,固定化细胞与游离细胞相比最适pH不变,最适温度提高5℃,热稳定性明显提高,连续反应7个批次后转化率仍然为28%,仍保持81%的残余酶活,具有很高的工业应用价值。     

固定化细胞拆分(R,S)-α-乙基-2-氧-1-吡咯烷乙酸甲酯的研究

【目的】筛选鉴定一株产酯酶用于选择性拆分(R,S)-α-乙基-2-氧-1-吡咯烷乙酸甲酯的菌株,利用该菌株固定化细胞催化拆分外消旋底物。【方法】通过富集培养、罗丹明B平板初筛及复筛培养获得一株选择性拆分(R,S)-α-乙基-2-氧-1-吡咯烷乙酸甲酯的菌株,通过对其形态、生理生化特征及16S r DNA序列分析,确立该菌株系统发育地位。优化了利用硅藻土-戊二醛吸附交联法对该菌体细胞固定化的条件,研究固定化细胞催化性质及操作稳定性。【结果】该菌为革兰氏阴性菌,鉴定其为甲基球状菌属(Methylopila)。固定化体系最优条件:聚乙烯亚胺0.15%(V/V),戊二醛0.2%(V/V),硅藻土6 g/L,菌体质量浓度100 g/L。与游离细胞相比,固定化细胞最适p H由8.0变为8.5,最适温度由35°C变为40°C,p H稳定性和温度稳定性都有所提高。Cu~(2+)、Mn~(2+)、Ca~(2+)能促进酶活,Zn~(2+)、Fe~(2+)抑制酶活。固定化细胞的有机溶剂耐受性较游离细胞有所提高。动力学分析细胞固定化后Km值变大,底物亲和力降低。利用固定化细胞水解(R,S)-α-乙基-2-氧-1-吡咯烷乙酸甲酯,底物浓度200 g/L,反应20 h,保留构型为S型,得率47.8%,对映体过量值ees为99.4%,重复使用12次后仍保留初始酶活的80%以上。【结论】开发了利用Methylopila sp.cxzy-L013固定化细胞择性拆分(R,S)-α-乙基-2-氧-1-吡咯烷乙酸甲酯的工艺,该工艺具有良好的工业应用前景。     

重组腈水解酶催化合成(S)-3-氰基-5-甲基己酸

(S)-3-氰基-5-甲基己酸是合成普瑞巴林的关键手性中间体。笔者以表达来源于Brassica rapa subsp.的重组腈水解酶工程菌Br Nit为催化剂,不对称水解外消旋异丁基丁二腈(IBSN)制备(S)-3-氰基-5-甲基己酸。考察反应温度、p H以及不同底物浓度和金属离子对全细胞催化IBSN水解的影响。结果表明:全细胞催化的最适温度为30℃,最适p H为8. 0,最适底物浓度为180 mmol/L。在此条件下,利用10 g/L湿菌体催化水解IBSN,反应6 h转化率可达45. 1%,产物对映体过量值(e.e.值)达到97. 9%。