甘油歧化为1,3-丙二醇的代谢及关键酶研究进展

微生物发酵生产1,3-丙二醇因对环境友好而成为研究热点。通过对发酵菌种、代谢途径、调节子和关键酶的分析,阐述了微生物转化甘油为1,3-丙二醇的分子机理。尤其对还原途径的限速酶-甘油脱水酶的分子结构及再激活因子进行了详细分析,为菌种的遗传改造提供了理论依据。     

含甘油脱水酶激活因子编码基因的产1,3-丙二醇新型重组菌的构建

利用PCR技术扩增来源于弗氏柠檬杆菌(Citrobacter freundii)的甘油脱水酶编码基因dhaB以及甘油脱水酶激活因子编码基因dhaGdhaF,将其与1,3-丙二醇氧化还原酶同工酶的编码基因yqhD串联在温控表达载体pHsh上,构建重组菌E.coliJM109(pHsh-dhaB-dhaG-dhaF-yqhD)。SDS-PAGE分析显示,融合表达产物的分子量同核酸序列测定的推导值相符。与未串联甘油脱水酶激活因子编码基因的重组菌E.coliJM109(pHsh-dhaB-yqhD)相比,1,3-丙二醇的产量提高了28%。     

克雷伯杆菌产1,3-丙二醇关键酶甘油脱水酶的酶活分析方法研究

有氧条件下,建立了克雷伯杆菌破碎方法及其生产1,3-丙二醇代谢途径中关键酶甘油脱水酶的酶活测定方法。甘油脱水酶酶活测定时在超声时间25min,功率为300w的条件下最适破碎频率为破碎时间1s,停息时间4s;甘油脱水酶酶活测定所用磷酸盐缓冲液的最适浓度为0.045mol/L,最适pH值7.2。甘油脱水酶酶活测定反应的最佳温度为37℃,甘油脱水酶酶活测定反应液的最佳吸收波长为290nm。     

1,3-丙二醇生产的研究进展

作为一种重要的化工材料,1,3-丙二醇凭借其自身的优点,在工业生产中具有很高的应用价值。但其传统的生产方法,操作繁琐、技术难度大、设备投资高,已无法满足对1,3-丙二醇的日益增长的需要;而微生物发酵法又面临着产率低、发酵条件难以控制等弊病。相反,基因工程技术在1,3-丙二醇生产过程中扮演着越来越重要的角色。简要综述了1,3-丙二醇研究及生产工艺的进展。     

微生物法生产1,3-丙二醇的基因工程研究进展

基因工程研究在生物法生产化工产品的过程中扮演着越来越重要的角色,对生物法生产1,3-丙二醇研究中利用基因工程手段对于菌体以及代谢途径进行改造的研究进行了考察,综述了其最新应用情况及其进展,并展望了未来的发展趋势。     

甘油歧化生产1,3-丙二醇过程的代谢和基因调控机理研究进展

用生物转化法将可再生资源(如淀粉、纤维素等)转化为重要的化工原料是目前生物技术领域的一个重要课题。本文以甘油生物转化为1,3丙二醇过程为考察对象,系统综述了该过程代谢和基因调控的研究现状,并对今后的研究提出了一些建议。     

基于甘油的1,3-丙二醇生物合成的代谢局限及其改造策略

粗甘油是生物柴油生产中的主要副产物,一些微生物可将甘油转化为重要化工原料1,3-丙二醇(1,3-PD),而利用这些微生物野生菌株生物合成1,3-PD会存在一些局限性,如底物抑制、产物抑制等。文中从1,3-丙二醇的甘油生物转化途径与这些局限性出发,总结了生物合成中存在的问题,并针对这些问题提出了一些基于基因敲除或基因过表达等基因工程技术的改造方法,综述了利用基因工程菌生物转化甘油生成1,3-丙二醇的最新研究进展。     

甘油转化生产1,3-丙二醇发酵液中甘油含量的测定

对文献介绍滴定法测定甘油的方法进行了改进,使之能够用于1,3－丙二醇发酵液中甘油含量测定。实验表明,化学滴定法测定结果具有较好的准确性和重复性,与酶法和变色酸比色法相比,测定结果接近,化学滴定法测定发酵液中甘油含量是一个较为经济简便的方法。     

1,3-丙二醇发酵中甘油代谢及产物抑制作用

对微生物法甘油转化成1,3-丙二醇过程中代谢规律及代谢控制的相关酶作以简述,并着重分析了丁酸梭菌发酵生产中乙酸、丁酸等副产物对细胞的抑制作用,对未来的研究发展方向进行了展望。     

丁酸梭杆菌发酵甘油制备1,3-丙二醇的研究

本研究采用丁酸梭芽孢杆菌(Clostridium butyricum)从甘油发酵制备1,3—丙二醇。该发酵需厌氧培养,发酵培养基为：甘油6％,葡萄糖1％,玉米浆2％,(NH4)2SO40．2％。发酵温度为34℃,pH为6．5～7。在最佳条件下,发酵50h可产1,3—丙二醇40．7g／L,甘油摩尔转化率达68％。     

论文中阿拉伯数字的使用克雷伯氏肺炎杆菌HR526快速合成1,3-丙二醇发酵特性研究

研究了实验室筛选的一株高产1,3-丙二醇(PDO)菌株克雷伯氏肺炎杆菌HR526(Klebsiella pneumoniae HR526),在5 L B.Braun发酵罐进行甘油补料流加发酵30 h,PDO达到91.47 g/L,胞外代谢通量分析显示,PDO在对数中期通量达到最大,而乳酸在稳定期通量达到最大.结合酶学检测分析了PDO合成关键酶PDO氧化还原酶(PDOR)、甘油脱水酶(GDHt)和甘油脱氢酶(GDH)酶活的变化,PDO氧化还原酶活性在对数中期达到最高,甘油脱水酶/甘油脱氢酶在对数期远大于稳定期、衰退期,与代谢通量变化一致甘油脱水酶/甘油脱氢酶活性比例不均衡是3-HPA对数期积累的原因,PDO合成主要集中在对数期,是生长偶联的代谢产物.     

克雷伯氏肺炎杆菌HR526快速合成1,3-丙二醇发酵特性研究

研究了实验室筛选的一株高产1,3-丙二醇(PDO)菌株克雷伯氏肺炎杆菌HR526(Klebsiella pneumoniae HR526), 在5 L B. Braun发酵罐进行甘油补料流加发酵30 h, PDO达到91.47 g/L, 胞外代谢通量分析显示, PDO在对数中期通量达到最大, 而乳酸在稳定期通量达到最大。结合酶学检测分析了PDO合成关键酶PDO氧化还原酶(PDOR)、甘油脱水酶(GDHt)和甘油脱氢酶(GDH)酶活的变化, PDO氧化还原酶活性在对数中期达到最高, 甘油脱水酶/甘油脱氢酶在对数期远大于稳定期、衰退期, 与代谢通量变化一致甘油脱水酶/甘油脱氢酶活性比例不均衡是3-HPA对数期积累的原因, PDO合成主要集中在对数期, 是生长偶联的代谢产物。     

Glycerol conversion to 1,3-propanediol by newly isolated clostridia

Summary From pasteurized mud and soil samples glycerol-fermenting clostridia that produced 1,3-propanediol, butyrate and acetate were obtained. The isolates were taxonomically characterized and identified as Clostridium butyricum. The most active strain, SH1 = DSM 5431, was able to convert up to 110 g/l of glycerol to 56 g/l of 1,3-propanediol in 29 h. A few Clostridium strains from culture-collections (3 out of 16 of the C. butyricum group) and some isolates of Kutzner from cheese samples were also able to ferment glycerol, but the final concentration and the productivity of 1,3-propanediol was lower than in strain SH1. Strain SH1 grew well in a pH range between 6.0 and 7.5, with a weak optimum at 6.5, and was stimulated by sparging with N₂. Best overall productivity was obtained in fed-batch culture with a starting concentration of 5% glycerol. In all fermentations the yield of 1,3-propanediol in relation to glycerol was higher than expected from NADH production by acid formation. On the other hand the H₂ production was lower than expected, if per mole of acetyl coenzyme A one mole of H₂ is released. The observations point to a substantial transfer of reducing potential from ferredoxin to NAD, which finally results in increased 1,3-propanediol production.     

Glycerol assimilation and production of 1,3-propanediol by Citrobacter amalonaticus Y19

Citrobacter amalonaticus Y19 (Y19) was isolated because of its ability for carbon monoxide-dependent hydrogen production (water–gas shift reaction). This paper reports the assimilation of glycerol and the production of 1,3-propanediol (1,3-PDO) by Y19. Genome sequencing revealed that Y19 contained the genes for the utilization of glycerol and 1,2-propanediol (pdu operon) along with those for the synthesis of coenzyme B₁₂ (cob operon). On the other hand, it did not possess the genes for the fermentative metabolism of glycerol of Klebsiella pneumoniae, which consists of both the oxidative (dhaD and dhaK) and reductive (dhaB and dhaT) pathways. In shake-flask cultivation under aerobic conditions, Y19 could grow well with glycerol as the sole carbon source and produced 1,3-PDO. The level of 1,3-PDO production was improved when vitamin B₁₂ was added to the culture medium under aerobic conditions. Under anaerobic conditions, cell growth and 1,3-PDO production on glycerol was also possible, but only when an exogenous electron acceptor, such as nitrate or fumarate, was added. This is the first report of the glycerol metabolism and 1,3-PDO production by C. amalonaticus Y19.     

Conversion of glycerol to 1,3-propanediol by a newly isolated thermophilic strain

Of 60 different thermophilic enrichment cultures, 16 converted glycerol anaerobically to 1,3-propanediol. Two PD-forming strains were further enriched, isolated, and characterised. For the most active strain, AT1, the optimal cultivation parameters for pH and temperature were determined as 5.8 to 6.0 and 58°C, respectively. In batch-fermentations with AT1, 6.4 g propanediol per litre was formed with a productivity of 0.17 g l^–1 h^–1.     

1,3-丙二醇生物法生产中关键酶的研究进展

目前,国内外对于1,3-丙二醇(1,3-propanediol,1,3-PD)的生产研究正在由化学法逐渐向生物法转变。该文着重介绍了生物法生产1,3-PD的生产菌株和生物合成途径,综述了关键酶的性质特点和基因克隆表达情况,对关键酶晶体结构的相关研究成果进行了介绍,进一步探讨了运用宏基因组技术和酶分子改造技术来获得新型高性能关键酶的方法,并展望了基因工程菌的应用前景,从而推动了对1,3-PD生产途径中关键酶的了解及1,3-PD的生产应用研究。     

1,3-丙二醇发酵液后提取技术研究进展

1,3-丙二醇是一种重要的化工原料,以甘油或葡萄糖为原料发酵法制备1,3-丙二醇具有原料可再生、反应条件温和等优点,是近年来国内外的研究热点。由微生物发酵获得的1,3-丙二醇发酵液是含多种强极性的醇及盐类的稀溶液,这使得采用传统的分离方法难以经济、有效地的将1,3-丙二醇从发酵液中纯化出来,后提取过程成为发酵法工业化生产1,3-丙二醇的瓶颈。1,3-丙二醇后提取过程主要包括微生物菌体等高分子物质的去除,盐的去除、回收,有机物的纯化和水的去除。以下对应用于以上分离过程的技术的研究进展进行讨论,提出在该领域应该重视的发展方向。