生物催化法合成6-氰基-（3R，5R）-二羟基己酸叔丁酯

利用E.coli BL21／pCDFDuet-gdh—cr-X共表达全细胞催化6-氰基-（5R）-羟基-3-羰基己酸叔丁酯不对称还原合成6-氰基-（3R,5R）-二羟基已酸叔丁酯。结果表明：在菌体用量4．85g/L、葡萄糖与底物质量浓度比为1：1、温度28℃、pH7．0条件下,80．0g／L6-氰基-（5R）-羟基-3-羰基己酸叔丁酯生物还原2h后,底物转化率可达99．0％,产物d.e．值大于99．5％。在考察范围内,NADP^＋用量对催化效率无显著作用。     

具有差向选择性还原(R)-6-氰基-5-羟基-3-羰基己酸叔丁酯活性的微生物菌株筛选和鉴定

从土样中分离得到一株具有差向选择性还原(R)-6-氰基-5-羟基-3-羰基己酸叔丁酯活性的微生物菌株ZJB-09225,经生理生化特征鉴定和18S rDNA测序后鉴定为卡里比克毕赤酵母(Pichia caribbic ZJB-09225)。研究结果发现,在最适发酵条件下培养32 h,生物量为8.8 g/L,体积酶活达7.2 U/L;P.caribbic ZJB-09225最适作用温度、最适作用pH值分别为35℃和7.5。在最适的催化条件下,P.caribbic ZJB-09225细胞催化50.0 g/L(R)-6-氰基-5-羟基-3-羰基己酸叔丁酯3 h后,产物6-氰基-(3R,5R)-二羟基己酸叔丁酯得率3.4%,产物d.e.值99.5%以上。     

（S）-（-）-β-羟基苯丙酸乙酯的微生物法合成

采用酿酒酵母CGMCC No．2266菌体,不对称还原β-羰基苯丙酸乙酯制备光学纯（S）-（-）-β-羟基苯丙酸乙酯。结果表明：采用初始pH为8．0的液体发酵培养基培养的CGMCCNo．2266菌体经过50℃预热处理30min后用于生物转化获得的（S）-（-）-G-羟基苯丙酸乙酯对映体过剩值可以达到100％ee。确定了合成（S）-（-）-β-羟基苯丙酸乙酯的较佳转化条件为pH7．0,温度30℃,转化时间24h,底物浓度为3．63mmol／L,菌体用量为86g/L（干重／反应体积）。以10％葡萄糖为辅助底物,产率比不加辅助底物时提高了75．4％。在最佳转化条件下反应转化率及（S）-（-）-β-羟基苯丙酸乙酯对映体过剩值可分别达到98．4％和100％ee。     

定点突变提高醇脱氢酶LkTADH催化制备他汀关键手性砌块的酶活

(S)-6-氯-3-羰基-5-羟基己酸叔丁酯[(S)-CHOH]是他汀类药物合成的关键手性中间体。利用醇脱氢酶催化6-氯-3,5-二羰基己酸叔丁酯不对称合成(S)-CHOH是很有潜力的制备路线,目前存在的主要问题是醇脱氢酶催化活性较低。首先对来源于Lactobacillus kefir DSM 20587的醇脱氢酶的四点突变体LkTADH(A94T/F147L/A202L/L199H)进行回复突变,确定了关键位点147和202,并获得比酶活提高1倍的突变体MF147L-A202L。对这两个位点进行饱和突变,获得比酶活比LkTADH提高1.47倍的突变体MF147I-A202L。其比酶活为10.17U/mg,为目前文献报道最高水平。通过动力学分析和分子对接,分析了突变位点对酶活影响的机制,为后续研究奠定了良好的基础。     

伴有辅酶原位再生的胞外酶耦合法制备（R）-苯基乙二醇

经5轮诱变筛选,从近平滑假丝酵母（Candida parapsilosis CICC1676）中分离得到产NADH依赖型羰基还原酶（Carbonyl reductase,CR）菌株CP-9。所产羰基还原酶（CRCp-9）经两步快速纯化获得纯化倍数为11．5倍,比活力为1．84 U/mg的酶液,其还原反应的最适pH值为6．5,最适温度为40℃。该酶转化β-羟基苯乙酮制备手性化合物（R）-苯基乙二醇,因此是（R）-专一性羰基还原酶。该酶与NADH普适性再生酶-甲酸脱氢酶（For-mate dehydrogenase,FDH）在胞外相耦联,构建伴有辅酶再生与反复利用的CR/FDH双酶催化制备立体醇体系,底物β-羟基苯乙酮转化率达95．4％,产物（R）-苯基乙二醇得率为93％,辅酶的总转化数（Total turn number, TTN）达267,产物e．e．值为98．6％,批次耦合反应生产能力达0．8 g/L/h,较单酶催化有较大提高,与细胞转化法相比也具有较好的生产能力。因此,伴有辅酶再生的胞外酶耦合催化具有潜在的制备手性醇化合物的工业应用价值。     

一株微生物菌株催化水解拆分外消旋6-羟基-8-氯辛酸乙酯

从土壤中筛选到一株能够拆分外消旋的硫辛酸中间体6-羟基-8-氯辛酸乙酯的微生物菌株T4,并对其拆分反应条件进行了优化,确定了最适反应温度为30℃,最适pH为7．0,最适摇床转速为170r／min,确定了有效表面活性剂为CTAB,在此优化条件下反应8h,得到（R）-6-羟基-8-氯辛酸乙酯的对映体过量值（e．e．）为92．8％,产率为26．3％。该研究为（R）-硫辛酸的制备提供了一条可行的途径。     

羰基还原酶产生菌SW2026的产酶条件及其不对称催化还原4＇-氯苯乙酮

以4＇-氯苯乙酮为模型底物,对筛选得到的Candida krusei SW2026的羰基还原酶产酶条件进行研究。结果表明：适宜的发酵培养基组成为甘油50g/L,玉米浆20g／L,KH2PO4 4g／L,MgSO4·7H2O 1．5g／L;适宜的培养条件为温度30℃,初始pH6,摇床转速200r／min,发酵周期48h。在产酶发酵条件下培养的湿细胞对4＇-氯苯乙酮进行不对称还原反应,产物（S）-4＇-氯-α-苯乙醇的产率最高达88．56％,e．e．值稳定在87％左右。     

面包酵母催化不对称合成4-氯-(R)-3-羟基丁酸乙酯

以4 氯乙酰乙酸乙酯为原料,以面包酵母为手性生物催化剂,选择性合成光学活性4 氯 (R) 3 羟基丁酸乙酯。经IR、GC MS、1HNMR和旋光度测定,表明所得产品的结构与预期的结构一致。分别考察了面包酵母用量、葡萄糖浓度、底物投入量、pH值、反应时间以及反应温度等因素对产品比旋光度的影响。结果表明,4 氯乙酰乙酸乙酯不对称生物还原反应的适宜条件为:面包酵母6 0 0g/L、葡萄糖2 0g/L、反应温度34℃、底物加量16mL/L、反应时间4 8h、pH为5 ,产品的比旋光度为[α]2 0D = 13 9°。     

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%。     

重组青霉素G酰化酶拆分制备（S）-邻氯苯甘氨酸

对产青霉素G酰化酶的重组枯草芽胞杆菌发酵产酶条件进行优化,确定优化后的发酵条件：可溶性淀粉10g/L、蛋白胨12g/L、酵母粉3g/L、NaCl10g,／L;pH7．5、培养温度37℃、装液量80mL（500mL三角瓶）、培养28h,青霉素G酰化酶的表达水平由最初的7．34U／mL提高至18．23U／mL。以表达青霉素G酰化酶的枯草芽胞杆菌发酵液为酶源,在水相中对映选择性催化N-苯乙酰-（R,S）-邻氯苯甘氨酸制备（S）-邻氯苯甘氨酸,当底物浓度为100mol／L时转化4h,转化率达44．2％。对底物浓度为80mmoL／L反应液中的（S）-邻氯苯甘氨酸进行分离,达到理论收率的94．29％（以N-苯乙酰-（R,S）-邻氯苯甘氨酸的0．5倍摩尔量为理论产率）,e．e．值大于99．9％。170℃条件下,N-苯乙酰-（R）-邻氯苯甘氨酸与苯乙酸共熔消旋为N-苯乙酰-（R,S）-邻氯苯甘氨酸可用于循环拆分。     

Bacillus megaterium WZ009催化合成(R)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯和(S)-3-羟基-γ-丁内酯

以外消旋4-氯-3-羟基丁酸乙酯为唯一C源的富集培养筛选得到一株菌株WZ009,经16S rDNA测序鉴定为巨大芽胞杆菌(Bacillus megaterium)。B.megaterium WZ009静息细胞可以立体选择性催化(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯水解和脱氯反应得到光学纯的(R)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯(e.e.≥99%)和(S)-3-羟基-γ-丁内酯(e.e.≥95%)。笔者对B.megaterium WZ009不对称催化反应影响因素(温度、pH、中和剂、底物浓度、时间进程以及细胞重复利用)进行优化研究,确定了该反应体系最优条件:底物浓度200 mmol/L,中和剂氨水,pH 7.2,40℃反应12 h,转化率达到50.6%,底物对映体过量值为99.6%。该生物催化合成(R)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯和(S)-3-羟基-γ-丁内酯过程具有良好的工业化应用前景。     

毕赤酵母不对称合成阿托伐他汀中间体

阿托伐他汀可通过抑制HMG-CoA还原酶与底物的结合来抑制胆固醇的合成,而 (R)-3-羟基-5-邻苯二甲酰亚胺基戊酸乙酯是阿托伐他汀合成的重要中间体。通过对实验室保藏菌种进行筛选,得到一株巴氏毕赤酵母X-33可将5-邻苯二甲酰亚胺-3-氧代戊酸乙酯还原为 (R)-3-羟基-5-邻苯二甲酰亚胺基戊酸乙酯。在磷酸盐缓冲液体系中考察了初始底物浓度、反应时间、辅助底物、葡萄糖添加量、pH、温度等因素对产物收率和对映体选择性的影响,获得了较佳的反应条件。选择底物投料量为7 g/L时,当菌体浓度120 g/L,葡萄     

Production of tert-butyl (3R,5S)-6-chloro-3,5-dihydroxyhexanoate using carbonyl reductase coupled with glucose dehydrogenase with high space–time yield

tert-Butyl (3R,5S)-6-chloro-3,5-dihydroxyhexanoate ((3R,5S)-CDHH) is an important chiral intermediate for the synthesis of rosuvastatin. The biotechnological production of (3R,5S)-CDHH is catalyzed from tert-butyl (S)-6-chloro-5-hydroxy-3-oxohexanoate ((S)-CHOH) by a carbonyl reductase, and this synthetic pathway is becoming a primary route for (3R,5S)-CDHH production due to its high enantioselectivity, mild reaction conditions, low cost, process safety, and environmental friendship. However, the requirement of the pyridine nucleotide cofactors, reduced nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) or reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) limits its economic flexibility. In the present study, a recombinant Escherichia coli strain harboring carbonyl reductase R9M and glucose dehydrogenase (GDH) was constructed with high carbonyl reduction activity and cofactor regeneration efficiency. The recombinant E. coli cells were applied for the efficient production of (3R,5S)-CDHH with a substrate conversion of 98.8%, a yield of 95.6% and an enantiomeric excess (e.e.) of >99.0% under 350 g/L of (S)-CHOH after 12 hr reaction. A substrate fed-batch strategy was further employed to increase the substrate concentration to 400 g/L resulting in an enhanced product yield to 98.5% after 12 hr reaction in a 1 L bioreactor. Meanwhile, the space–time yield was 1,182.3 g L⁻¹ day⁻¹, which was the highest value ever reported by a coupled system of carbonyl reductase and glucose dehydrogenase.     

(3R)-2-羧乙基-3-氰基-5-甲基己酸乙酯水解酶产生菌的筛选与产酶条件优化

以2-羧乙基-3-氰基-5-甲基己酸乙酯为唯一碳源,采用手性气相法检测,筛选到一株能产对映选择性水解酶的假单胞菌Pseudomonas CGMCC No.4184.该菌产的水解酶能优先水解R型底物产生(3R)-2-羧乙基-3-氰基-5-甲基己酸,产物对映体过量值达到90%以上.对菌株Pseudomonas CGMCC ...     

响应面分析法优化(R)-扁桃酸发酵培养基

采用响应面分析法对Bacillussp.HB20菌株合成(R)-扁桃酸的培养基成分进行优化。首先利用Plackett-Burman试验设计筛选出影响(R)-扁桃酸产率的三个主要因素:麦芽糖、蛋白胨和牛肉膏。在此基础上用最陡爬坡路径逼近最大响应区域,再利用Box-Behnken试验设计及响应面分析法进行回归分析。结果表明,麦芽糖、蛋白胨和牛肉膏浓度与(R)-扁桃酸产率存在显著的相关性,通过求解回归方程得到最佳质量浓度:蛋白胨11.507g/L,牛肉膏6.708g/L,麦芽糖10.907g/L,(R)-扁桃酸产率理论最大值达到66.87%。经模型验证,预测值与验证试验平均值接近,在优化条件下(R)-扁桃酸产率提高了25.87%。     

Improving the catalytic efficiency of aldo-keto reductase KmAKR towards t-butyl 6-cyano-(3R,5R)-dihydroxyhexanoate via semi-rational design

t-Butyl 6-cyano-(3R,5R)-dihydroxyhexanoate ((3R,5R)-2) is an important chiral diol synthon of atorvastatin calcium. Previously, we constructed a variant KmAKR-W297H (M1) of Kluyveromyces marxianus aldo-keto reductase (KmAKR, designated as M0), possessing excellent diastereoselectivity but moderate activity towards t-butyl 6-cyano-(5R)-hydroxy-3-oxohexanoate ((5R)-1). In this work, KmAKR-W297H/Y296W/K29H (M3) was developed via semi-rational design. It exhibited much improved catalytic efficiency towards (5R)-1. The K_m values of M3 for NADPH and (5R)-1 were 0.15 mmol/L and 1.41 mmol/L, and the maximal reaction rate v_max was 55.56 μmol/min/mg. Compared with M1, the catalytic efficiency k_cat/K_m of M3 was increased 2.64-fold. Coupled with Exiguobacterium sibiricum glucose dehydrogenase (EsGDH) for nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) regeneration, M3 took 3.5 h to completely reduce (5R)-1 at up to 100.0 g/L, producing 237.4 mmol/L (3R,5R)-2 in d.e._P value above 99.5%. The space-time yield (STY) of M3-catalyzed (3R,5R)-2 synthesis was 372.8 g/L/d.     

利用重组大肠杆菌生产α-环糊精葡萄糖基转移酶

将来源于软化类芽孢杆菌（Paenibacillus macerans）的α-环糊精葡萄糖基转移酶（α-CGT）基因插入含pelB信号肽的质粒pET-20b（＋）中,构建了表达载体pET-20b（＋）／cgt,并将其转化表达宿主E.coli BL21（DE3）。对重组菌E．coli BL21／pET-cgt进行摇瓶发酵条件的优化,确定了其胞外表达α-CGT酶的最适条件：葡萄糖8g/L,乳糖0．5g/L,蛋白胨12g/L,酵母膏24g/L,K2HPO472mmol／L,KH2PO417mmol／L,CaCl2 2．5mmol／L;初始pH为7．0,诱导温度为25℃。在该条件下培养90h后最终α-CGT酶的胞外比活达到22．1u／mL,与来源菌Pmacerans所产天然酶比活相比提高了42倍,实现了α-CGT酶的高效生产。将基因工程菌在上述条件下于3L发酵罐中发酵,90h后胞外酶比活达到22．6U／mL,证实了工业化放大的可能性。