腈水合酶转化反应的影响因子

棒状杆菌(corynebactcrium sp.)ZBB-21腈水合酶能高效地将丙烯腈转化为丙烯酰胺,其转化反应的最遣PH为8．0,最适转化反应温度为25℃。反应体系中加入微量的K+、Na+、Mg2+和Fe3+对酶的转化反应有明显的促进作用。过量丙烯腈(浓度为0．3mol／L以上)对酶活性有抑制作用,转化产物丙烯酰胺及其结构类似物丙烯酸是腈水合酶的竞争性抑制剂,其抑制常数K．分别为0．06mol／L和0．70mol,L,游离氰离子(CN-)的存在严重抑制丙烯酰胺的形成(K;=1．25 x 10-3mol／L)。     

腈水合酶基因克隆与调控表达的研究进展

微生物腈水合酶作为新型生物催化剂得到日益广泛的应用 ,但野生菌株本身存在的酶稳定性差等问题制约了这一绿色工艺的发展 ,基因工程菌为解决这个难题开辟了新的思路。总结了各种菌株中腈水合酶的序列研究进展 ,虽然基因序列和蛋白序列同源性不高 ,但它们都以基因簇的形式存在 ,并具有相同的活性中心序列。归纳了克隆并表达腈水合酶基因的基本步骤和方式 ,并提出几种有效增强重组腈水合酶活性表达的方法。     

耐底物腈水合酶融合子的产酶条件优化

采用正交设计法对耐底物腈水合酶融合子的发酵条件进行优化,以发酵液起始pH,发酵周期,接种量,装料系数作为考察因素,最终确定最佳发酵条件为:起始pH8.0、发酵周期54h、接种量12％、装液系数12％.在此优化条件下融合子腈水合酶的活力达到1100万U/ml,较优化前提高了83.3％.通过响应面法对发酵培养基配方进行优化研究,采用Plackett-Burman法对8个因素进行了筛选,结果表明,葡萄糖、尿素、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾是影响发酵液腈水合酶产量的主效应因子.用最陡爬坡试验及Central composite design设计进一步优化,利用Design-Expert软件进行二次回归分析,得到各因素的最佳浓度为:葡萄糖22.62g/L、尿素9.76g/L、K2HP04 1.22g/L、KH2PO41.268g/L.在此培养基优化配方下融合子腈水合酶的活力达到1280万U/ml,较原配方的酶活提高了16.4％.     

微生物法生产丙烯酰胺的研究(Ⅰ)——腈水合酶产生菌株的培养和高活力的表达

研究了丙烯酰胺生产菌株的培养条件。通过对培养过程pH值调控、培养基补料以及诱导剂加入量的研究 ,使发酵液的腈水合酶的活力达到了 6567u mL菌液。这一酶活是国内外所见报道中最高的。进一步进行了丙烯腈的酶催化水合实验 ,产物中并没有发现副产物丙烯酸 ,说明在提高腈水合酶的同时 ,酰胺酶的活力并没有明显体现这一试验结果为工厂化生产改造以及新工艺的研究打下了基础.     

一株腈水合酶产生菌的培养及酶转化试验

诺卡氏菌KY1023能利用乙腈作为生长的碳源和氮源.最适培养条件为(g·L-1)葡萄糖10,醇母膏20,玉米浆10,诱导剂10,MgSO4·7H2O 0.5,K2HPO40.5,KH2PO40.5,pH7.0,菌株在28℃、250rpm条件下培养24h,丙烯酰胺酶活力达到1330μ/ml.休眠细胞在3h以内,可积累丙烯酰胺浓度达到250g·L-1,乙酰胺浓度达到400g·L-1.     

腈水合酶产生菌的培养及其酶活性的比较

从腈污染的土样中筛选获得,株腈水合酶活性较高的细菌,分属于棒状杆菌(Cerynebactertum sp.)、节杆菌(Arthrobacter sp.)和克雷伯氏菌(Klebsiella sp.)其中具有腈水合酶活性的克氏杆菌属菌为首次分离到。对这些菌株适宜培养条件及酶形成诱导特性的研究表明,棒状杆菌和节杆菌的腈水合酶为诱导酶,而克氏杆菌的酶为组成酶。前二个属的细菌完整细胞腈水合酶活性相近,均较后一属细菌高约10倍。     

腈类物降解菌多样性和产腈水合酶研究进展

腈水合酶催化反应在有机合成领域已有广泛的应用。作为一类重要的催化剂,腈水合酶可以将腈类物质转化为相应的酰胺。由于这种酶具有固有的立体和区域选择性,在精细化工领域已成为绿色、温和、对同分异构体具有选择性的催化剂。同时腈水合酶在生物修复和环境保护中也起着重要作用。综述了目前国内外腈水合酶的研究进展,包括降解腈类的微生物多样性、腈水合酶的催化特性、产腈水合酶菌株的改造以及腈水合酶相关基因的克隆与研究。对固定化酶和腈水合酶的应用也进行了叙述。     

恶臭假单胞菌JP-1腈水合酶的诱导形成

恶臭假单胞菌JP-1能利用乙腈、丙腈、异丁腈、乙酰胺和丙酰胺作为生长的碳源和氮源。培养液中丙腈的代谢产物经证明是丙酰胺、丙酸和氨。腈水合酶是诱导酶,经丙腈诱导的适应细胞的腈水合酶活力比未适应的细胞高得多。生长细胞用0.3%丙腈诱导14小时后,即具有很高的转化丙烯腈成丙烯酰胺的活力,丙烯腈转化率为90%。除丙腈外,丙酰胺、异丁腈、正丁腈都是腈水合酶的有效诱导物。     

腈水合酶产生菌的分离筛选及其特性研究

本研究进行了产腈水合酶菌种的分离筛选,对菌株ＳＤ—１６进行了诱变,并对ＳＤ—１６的生长、产酶条件以及腈水合酶的反应条件进行了研究。ＳＤ—１６经鉴定确定为微球菌Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓｓｐ．     

微生物酶催化腈水解反应的研究进展

腈的酶法水解不仅反应条件温各,而且高效性、高选择性,在光学活性羧酸及其衍生物的合成中具有巨大的应用潜力。综述了催化腈水解的酶类、反应类型、反应特性、影响反应的因素及其在工业上的应用前景。     

一类生物催化剂——氰基耐受型腈水合酶

氰基耐受型腈水合酶是一类生物催化剂。与普通腈水合酶相比,它能够耐受体系中较高浓度的氰基而不受抑制,从而为α-羟(氨)基酰胺的工业化合成开辟了崭新途径。研究腈水合酶的氰基耐受性机理及提高其耐受能力是目前需要解决的关键问题。综述了腈水合酶受氰基抑制的机制,氰基耐受型腈水合酶的发现以及其在蛋氨酸和2-羟基异丁酰胺生物合成中的应用。同时,对今后氰基耐受型腈水合酶基础、应用研究的思路进行了探讨。     

微生物法生产丙烯酰胺的研究（Ⅱ）—腈水合酶催化反应动力学与失活动力学

在以丙烯腈为原料 ,微生物转化生产丙烯酰胺的过程中 ,酶催化反应是过程的关键。为了了解酶催化的动力学 ,本研究以自由细胞的酶为催化剂 ,进行了腈水合酶的反应动力学和失活动力学的研究。首先研究了菌体浓度、温度、pH值、丙烯腈浓度、丙烯酰胺浓度等对腈水合酶催化反应速度的影响。结果表明 ,在这些因素中 ,温度和丙烯酰胺浓度是最主要的影响因素。 2 8℃时酶活为 5 6 5 9u mL(菌液 ) ,在 5℃时的反应速率仅为 2 8℃时的11 72 % ,相应的表观酶活为 6 6 3u mL(菌液 )。而在丙烯酰胺 45 %浓度条件下的酶活大约只有丙烯酰胺 5 %浓度下的酶活的 1 2。经过对不同温度下的反应速度的研究 ,得到腈水合酶水合反应的活化能为 6 5 5 7kJ·mol- 1 。本文进一步研究了自由细胞状态下 ,菌体浓度、pH值、温度、丙烯腈浓度、丙烯酰胺浓度对腈水合酶失活的影响 ,得到了失活动力学。结果表明 ,在这些因素中 ,对酶失活影响的最主要因素还是温度和丙烯酰胺浓度。尤其当丙烯酰胺浓度到达 35 %时 ,酶活下降得很快 ,在 5 5h后 ,酶活几乎为零。而在丙烯酰胺浓度为 10 %的情况下 ,5 5h的酶活仍然还存在约 5 0 %。试验结果还表明 ,丙烯腈对酶的稳定性的影响很小。经过数据处理 ,得到的 2 8℃的酶失活速率常数为 5℃下的 2 1 7     

微生物法生产丙烯酰胺的研究（Ⅱ）——腈水合酶催化反应动力学与失活动力学

以丙烯腈为原料,微生物转化生产丙烯酰胺的过程中,酶催化反应是过程的关键。为了了解酶催化的动力学,本研究以自由细胞的酶为催化剂,进行了腈水合酶的反应动力学和失活动力学的研究。首先研究了菌体浓度、温度、pH值、丙烯腈浓度、丙烯酰胺浓度等对腈水合酶催化反应速度的影响。结果表明,在这些因素中,温度和丙烯酰胺浓度是最主要的影响因素。28℃时酶活为5659u/mL（菌液）,在5℃时的反应速率仅为28℃时的11.72%,相应的表观酶活为663u/mL（菌液）。而在丙烯酰胺45%浓度条件下的酶活大约只有丙烯酰胺5%浓度下的酶活的1/2。经过对不同温度下的反应速度的研究,得到腈水合酶水合反应的活化能为65.57kJ·mol^-1。本文进一步研究了自由细胞状态下,菌体浓度、pH值、温度、丙烯腈浓度、丙烯酰胺浓度对腈水合酶失活的影响,得到了失活动力学。结果表明,在这些因素中,对酶失活影响的最主要因素还是温度和丙烯酰胺浓度。尤其当丙烯酰胺浓度到达35%时,酶活下降得很快,在55 h后,酶活几乎为零。而在丙烯酰胺浓度为10%的情况下,55 h的酶活仍然还存在约50%。试验结果还表明,丙烯腈对酶的稳定性的影响很小。经过数据处理,得到的28℃的酶失活速率常数为5℃下的2177倍。经过对温度与失活速率常数的拟合,得到腈水合酶失活反应的活化能为9228kJ·mol-1。     

腈水合酶NHaseK在大肠杆菌中的功能表达

腈水合酶由α亚基和β亚基组成,活化元件对其功能表达至关重要,研究腈水合酶基因簇中各元件的表达比例对酶重组表达的影响具有重要意义。以来源于Klebsiella oxytoca KCTC 1686的腈水合酶（NHaseK）为研究对象,构建了多种表达策略,以期实现α亚基、β亚基和活化元件17k差异表达。利用pETDuet-1质粒具有双T7启动子的特点,将上述基因以八种不同的组合方式分别插入于两个启动子之后。当将三段基因同时插入于第一个启动子之后时,亚基表达量均衡,比活力为0.78 U/mg蛋白,是亚基表达量比例为5：3时的124%。在此基础上,在第二个启动子之后插入活化元件基因,活化元件表达水平提升2倍,比活提升5%,为0.82 U/mg蛋白。当将α亚基和β亚基插入于不同启动子之后时,酶活仅为对照组的10%,说明NHaseK的亚基必须同时转录才可形成成熟蛋白。进一步考察质粒拷贝数对大肠杆菌表达NHaseK的影响,确定15~20的质粒拷贝数足够实现NHaseK的功能表达。结果表明,亚基的均衡表达以及活化元件的充分表达对NHaseK的重组表达具有积极作用。     

微生物法生产丙烯酰胺的研究（Ⅰ）—腈水合酶产生菌株的培养和高活力的表达

研究了丙烯酰胺生产菌株的培养条件。通过对培养过程pH值调控、培养基补料以及诱导剂加入量的研究,使发酵液的腈水合酶的活力达到了6567u/mL菌液。这一酶活是国内外所见报道中最高的。进一步进行了丙烯腈的酶催化水合实验,产物中并没有发现副产物丙烯酸,说明在提高腈水合酶的同时,酰胺酶的活力并没有明显体现这一试验结果为工厂化生产改造以及新工艺的研究打下了基础。     

DA-F127水凝胶包埋固定化含腈水合酶细胞

腈水合酶是一类可催化腈类化合物转化生成相应酰胺类物质的酶。含腈水合酶的游离细胞催化水合反应存在酶容易失活、细胞无法重复利用、分离纯化困难等缺陷,细胞固定化技术可有效解决这些问题。为探索合适的固定化方法,以含腈水合酶的重组E. coli细胞为研究对象,以固定化酶活回收率和批次反应情况为评价指标,筛选比较了几种常用的包埋固定化方法。结果表明,DA-F127水凝胶包埋固定化细胞不仅具有较高的酶活回收率,而且稳定性也很好。对该方法进行了固定化条件和操作稳定性优化,当DA-F127浓度为15%、UV光源距离为20cm、光照时间为6min、菌体含量为20mg/g固定化细胞时,酶活回收率为89. 74%,并且可以催化9批次150g/L的3-氰基吡啶完成转化,第九批次转化率可达98. 26%。与游离细胞催化过程相比,单位质量游离细胞的烟酰胺产量提高了12倍,具有良好的工业应用前景。     

融合双亲短肽提高腈水合酶的热稳定性研究

腈水合酶(Nitirle hydratase, NHase)催化腈类物质转化为酰胺类物质,目前用于工业生产丙烯酰胺。但在催化过程中释放的热量易导致酶分子失活。研究通过蛋白质融合技术对腈水合酶进行分子改造,提高热稳定性。将2种双亲自组装肽（self-assembling peptides, SAPs）EAK16和ELK16分别融合至恶臭假单胞菌Pseudomonas putida NRRL-18668来源NHase非催化亚基β的N末端,构建出2种融合型NHase：EAK16-NHase和ELK16-NHase。经过表达、纯化后测定酶活力,发现EAK16-NHase和ELK16 NHase的酶活力分别为(426±14) U/mg和(372±12) U/mg,保留野生型酶活力的97%和85%。在50 ℃条件下孵育0~60 min,每5 min取样后测定残存酶活力,EAK16-NHase和ELK16-NHase酶活力半衰期（T₅₀）分别为35 min和40 min,野生型NHase为20 min。说明融合EAK16和ELK16均能提高NHase的热稳定性。研究表明融合SAPs能在不显著影响酶活力的条件下提高酶的热稳定性。     

DA-F127水凝胶包埋固定化含腈水合酶细胞

腈水合酶是一类可催化腈类化合物转化生成相应酰胺类物质的酶。含腈水合酶的游离细胞催化水合反应存在酶容易失活、细胞无法重复利用、分离纯化困难等缺陷,细胞固定化技术可有效解决这些问题。为探索合适的固定化方法,以含腈水合酶的重组E.coli细胞为研究对象,以固定化酶活回收率和批次反应情况为评价指标,筛选比较了几种常用的包埋固定化方法。结果表明,DA-F127水凝胶包埋固定化细胞不仅具有较高的酶活回收率,而且稳定性也很好。对该方法进行了固定化条件和操作稳定性优化,当DA-F127浓度为15%、UV光源距离为20cm、光照时间为6min、菌体含量为20mg/g 固定化细胞时,酶活回收率为89.74%,并且可以催化9批次150g/L的3-氰基吡啶完成转化,第九批次转化率可达98.26%。与游离细胞催化过程相比,单位质量游离细胞的烟酰胺产量提高了12倍,具有良好的工业应用前景。