卤醇脱卤酶催化合成(R)-1-氯-3-苯氧基-2-丙醇的工艺优化

以卤醇脱卤酶重组湿菌体E. coli BL21（pET28a-HHDH）为催化剂,催化外消旋的1-氯-3-苯氧基-2-丙醇的动力学拆分可以获得光学纯的(R)-1-氯-3-苯氧基-2-丙醇。本文系统地研究了卤醇脱卤酶催化合成光学纯(R)-1-氯-3-苯氧基-2-丙醇的影响因素,对反应pH、反应温度、菌体浓度、亲核试剂 {\mathrm{N}}_{\mathrm{3}}^{-} 浓度和底物浓度进行了探究。结果表明,卤醇脱卤酶催化合成(R)-1-氯-3-苯氧基-2-丙醇的最佳工艺条件为：pH为7.0,反应温度为28℃,菌体浓度为22.5g/L,亲核试剂NaN₃的浓度为50mmol/L,底物外消旋1-氯-3-苯氧基-2-丙醇的浓度为10mmol/L。在此工艺条件下,(R)-1-氯-3-苯氧基-2-丙醇的ee值和收率分别为100%和16.97%。     

生物酶法合成(S)-2-氨基-1-丁醇的研究

以粪产碱杆菌来源的青霉素G酰化酶为催化剂,酶法拆分苯乙酰消旋底物转化生成(S)-2-氨基-1-丁醇。通过对催化过程中加酶量、底物浓度、反应温度、pH进行优化,确定最适酶催化条件是pH 9.0,40℃,底物浓度100 mmol/L,酶量2 U/mL,反应体积80 mL。在最适反应条件下,当消旋底物转化率达40%时终止反应可获得较高的产物光学纯度(ee>99%)。     

盖子环替换及定点突变提高菜豆环氧化物水解酶对邻甲基苯基缩水甘油醚的催化性能

菜豆环氧化物水解酶1和2（PvEH1、PvEH2）能够动力学拆分外消旋邻甲基苯基缩水甘油醚（rac-oMGE）,从而保留(R)-oMGE。基于对PvEH1和PvEH2结构的同源模拟和分析,发现二者分子中的盖子环差异较大,故本文选择盖子环作为研究目标。经融合聚合酶链式反应（FPCR）,获得了PvEH2的盖子环区域被PvEH1对应区域替换的杂合酶Pv2Pv1。用全细胞酶E. coli/pv2pv1催化rac-oMGE,当(S)-oMGE刚好水解完全时,产物(S)-3-邻甲苯基-1,2-丙二醇（(S)-oTPD）的ee_p由PvEH2的58.3%提高至75.5%。为进一步提高酶的性质,在Pv2Pv1中选取11个氨基酸位点进行丙氨酸(A)突变,获得最优突变子E. coli/pv2pv1^K176A,活性为E. coli/pv2pv1（4.2U/g）的2.1倍,且当S构型的底物刚好完全水解时,(S)-oTPD的ee_p进一步提高为80.3%。分子对接分析发现,盖子环替换和K176位点突变为A,均使(R)-oMGE环氧环中的C_α更易受到酶中D101位点的攻击。利用E. coli/pv2pv1^K176A催化150mmol/L rac-oMGE水解制备(R)-oMGE（ee_s＞99%）和(S)-oTPD（ee_p=80.4%）,二者的产率Y_S和Y_P分别为32.7%和60.1%,时空产率STY_S和STY_P为1.6g/(L·h)和3.3g/(L·h)。本实验为改善EH的催化性质提供了一种有效策略。     

生物催化不对称还原方法生产S-4-氯-3-羟基丁酸乙酯

通过筛选得到不对称还原4-氯乙酰乙酸乙酯(COBE)合成(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯(S-CHBE)对映选择性好的微生物菌株出芽短梗霉菌(Aureobasidium pullulans)SW0202. 对其还原反应条件进行优化,得到最佳转化条件为：初始细胞浓度0.32 g/mL(以湿菌体计),底物浓度20 g/L,pH 7.0,温度30℃. 在此优化条件下,产物浓度达20.32 g/L,摩尔转化率为79.6%,产物对映体过量值e.e.为97.8%. 分批添加底物可显著减小底物的抑制作用.     

解脂耶氏酵母不对称还原苯乙酮合成(R)-苯乙醇

为了提高解脂耶氏酵母对苯乙酮的催化效率,以20mmol/L的苯乙酮和苯乙醇为筛选压力,采用紫外诱变获得突变株,优化了反应体系参数,如温度、pH值、辅助底物、有机溶剂(如甲苯、己烷、辛烷、DMF、DMSO等)以及离子液体(1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐,BMIM·PF6)等对催化体系的影响。结果表明,利用解脂耶氏酵母突变株全细胞催化苯乙酮(20mmol/L)合成(R)-苯乙醇,转化率76%,e.e.达99.2%。优化后的反应体系如下:最适辅助底物为葡萄糖,反应温度30℃,pH=7.0,30%(体积分数)疏水性离子液体BMIM·PF6。当利用解脂耶氏酵母突变株的发酵液为催化体系,向反应体系中添加30%(体积分数) BMIM·PF6,以60mmol/L苯乙酮为底物,反应36h,(R)-苯乙醇的转化率达95%,e.e.值达97%。解脂耶氏酵母突变株全细胞催化苯乙酮不对称还原反应,在高底物浓度、高转化率以及高光学纯度等方面具有突出表现。     

酶-化学级联催化制备(S)-烟碱

传统(S)-烟碱合成方法步骤复杂且依赖多种化学催化剂。为了实现(S)-烟碱的绿色合成,设计了酶-化学级联途径：首先构建了亚胺还原酶（IRED）与甲酸脱氢酶（FDH）的偶联体系,以麦斯明为底物合成(S)-降烟碱;然后将(S)-降烟碱经Eschweiler-Clarke反应制备(S)-烟碱。通过大肠杆菌宿主分别对IRED和FDH进行表达,得到含酶细胞及酶液,研究了pH和温度对细胞中IRED和FDH酶活力的影响。优化酶催化制备(S)-降烟碱的反应条件,在30 ℃、pH 7.5条件下,添加质量浓度为30 g/L的麦斯明、600 U/L含IRED细胞、900 U/L含FDH细胞、0.6 mmol/L NADP+和质量浓度为90 g/L的甲酸钠,(S)-降烟碱的产率>98%,对映体过量（e.e.）值>99%。最后通过化学法将(S)-降烟碱甲基化得到(S)-烟碱,此步骤产率和e.e.值均达99%以上。     

酵母细胞催化(S)-6-氯-5-羟基-3-羰基己酸叔丁酯的不对称还原

通过实验筛选出了对(S)-6-氯-5-羟基-3-羰基己酸叔丁酯具有较强还原能力的菌株。利用热预处理的方法提高了反应的立体选择性,并以稳定期的菌株为催化剂,考察菌龄、底物的加入量、菌体浓度、转化时间、转化温度和pH值对该反应的影响,得到较佳的反应条件是30℃,pH值6.0,底物浓度1 g/L,湿菌体浓度100 g/L,转化48 h。在此条件下进行反应,产物的收率和d.e.值可分别达到68.3%和95.1%。     

卤醇脱卤酶催化合成(S)-2-溴-1-苯基乙醇的工艺优化

以新型卤醇脱卤酶AbHHDH为催化剂,催化拆分外消旋2-溴-1-苯基乙醇生成光学纯的(S)-2-溴-1-苯基乙醇,通过单因素实验探究了缓冲液pH值、缓冲液浓度、催化剂用量、底物浓度以及温度对催化合成反应的影响。结果表明,在NaH_2PO_4-Na_2HPO_4缓冲液pH值为8.0、NaH_2PO_4-Na_2HPO_4缓冲液浓度为200 mmol·L~(-1)、催化剂用量为37.5 g·L~(-1)、底物浓度为20 mmol·L~(-1)、温度为28℃的最优工艺条件下反应15 min,(S)-2-溴-1-苯基乙醇的ee值为100%,收率为35.11%。     

新型醛酮还原酶不对称转化制备(S)-N,N-二甲基-3-羟基- 3-(2-噻吩)-1-丙胺

生物催化具有反应条件温和、绿色环保、高立体选择性等优点,已成为制备光学活性度洛西汀的重要方式和途径,但仍存在有效的生物催化剂数量有限和反应效率低等问题,基因组数据库的发展为新型立体选择性生物催化剂的开发提供了有效的途径和平台。本研究通过基因组信息挖掘,从Candida parapsilosis CCTCCM 203011中发现了8个新型的醛酮还原酶,分析研究不同的醛酮还原酶对N,N-二甲基-3-酮-3-(2-噻吩)-1-丙胺(DKTP)的催化还原能力,发现CPAR4能够高立体选择性地催化还原DKTP生成度洛西汀中间体(S)-N,N-二甲基-3-羟 基-3-(2-噻吩)-1-丙胺(DHTP)。通过粗酶体系反应参数的优化,CPAR4催化还原底物浓度在3g/L时,产率达到94.5%,光学纯度大于99.9%ee;当底物浓度为5g/L 时,产率仍达到70%以上。该重组菌粗酶液能够高立体选择性地生物还原DKTP生成度洛西汀中间体 (S)-DHTP,具有一定的应用潜力。     

全细胞生物催化合成(R)-2-羟基-4-苯基 丁酸乙酯

利用全细胞生物催化合成(R)-2-羟基-4-苯基丁酸乙酯[(R)-HPBE],并利用氢核磁共振（1HNMR）、气相色谱-质谱联用(GC-MS)、液相色谱(LC)对产物结构进行表征。以2-羰基-4-苯基丁酸乙酯（OPBE）为唯一碳源,从葡萄园土壤中筛选分离得到一株高选择性不对称还原OPBE为(R)-HPBE的菌株酵母G5,通过形态和18S rDNA分析鉴定为粘质红酵母(Rhodotorula mucilaginosa CCZU- G5)。构建Rhodotorula mucilaginosa CCZU- G5全细胞催化还原OPBE合成(R)-HPBE的反应体系并进行了优化。结果表明最适催化反应条件为：在20 mL PBS反应体系中,反应温度为35 ℃,pH 7.5,菌体质量浓度0.2 g/mL,葡萄糖质量浓度3.0%,金属离子Ca2+ 浓度3 mmol/L,底物OPBE浓度为20 mmol/L,反应时间12 h,(R)-HPBE产率达82%,对映体过量值(e.e.)值为99.9%。     

(R)-醇腈酶催化法合成(R)-(-)-1-(2-萘基)-2-N-甲基氨基乙醇

以2-萘甲醛为原料,经酶致转氰化、氰基还原、甲酰化、酰胺还原合成了光学活性(R)-(-)-1-(2-萘基)-2-N-甲基氨基乙醇5.转氰化过程采用来源于苦杏仁、枇杷仁、桃仁、黑布林果仁和苹果籽仁的醇腈酶催化HCN对底物醛的加成获得(R)-氰醇,通过比较反应产率和产物对映体过量值(ee)发现苦杏仁醇腈酶的催化效果最好,相应值分别为68.8%和88.3%;(R)-氰醇的O-保护衍生物2经化学法转化为标题化合物5,总产率达47%,ee值达88.0%, 其结构经IR和1H-NMR确证.实验结果表明,醇腈酶催化合成的手性氰醇光学纯度较高,是合成手性氨基醇化合物的优秀原料,并且在随后的化学转化过程中各步反应产物均很好地保留了光学纯度.     

胰蛋白酶-磷酸铜纳米花的制备与催化水解性能

固定化酶可以增强酶的稳定性与可重用性,降低酶的使用成本。采用有机-无机纳米花固定化酶具有合成简单,绿色温和等优点,同时可以提高酶活性和稳定性。本文以磷酸铜为无机组分,胰蛋白酶为有机组分,成功制备了胰蛋白酶-磷酸铜纳米花(TR-Cu_3(PO_4)_2),对其形貌组成进行分析并研究了其催化水解性能。结果表明,所制备的纳米花酶载量达到109.1 mg/g,通过催化模拟底物BAEE计算其酶活性为40.4 U/mg,是游离酶的416%。     

嗜温耐乙醇β-葡萄糖苷酶高产菌株及其性质

从生物质资源丰富的武夷山中采样天然腐烂枯枝、烂叶、土壤等材料中分离筛选,采用对硝基酚-β-葡萄糖苷(pNPG)法对复筛菌株进行酶活测定,得到一株高产β-葡萄糖苷酶菌株,并对其酶学性质进行研究,结果表明:该酶的液体发酵最高酶活高达482.1U/mL,最适反应pH值为4.8,最适反应温度为65℃;乙醇浓度为10%对酶活有最大促进作用,对β-葡萄糖苷酶酶活提高将近1倍,乙醇耐受能力高达30%。将该酶应用于同步糖化发酵中,发酵至120h得乙醇最高产量,所产乙醇含量高达41.25g/L,与阴性、阳性对照相比,乙醇产量提高近2倍。该菌株所产的β-葡萄糖苷酶酶活力较高,应用于同步糖化发酵过程具有明显的促进效果,对于促进纤维素乙醇的产业化进程具有广阔的发展前景。     

重组大肠杆菌表达17β-羟基类固醇脱氢酶全细胞催化合成宝丹酮的研究

宝丹酮作为一种重要的蛋白同化雄性激素类固醇,具有提升肌肉质量和耐力的功能。宝丹酮的传统合成方法是以1,4-雄烯二酮(ADD)为底物通过化学法合成,但过程复杂、污染严重。17β-羟基类固醇脱氢酶(17β-HSD)可催化甾体化合物C-17位点的氧化还原反应,实现ADD和宝丹酮的相互转化。本研究通过基因序列同源性分析,筛选到6种不同来源的17β-HSD基因并对其在大肠杆菌中进行异源表达。利用不同重组菌转化ADD合成宝丹酮,结果表明重组菌BL21/pET28a-HSDPy的ADD转化率最高,因此选择BL21/pET28a-HSDPy进行进一步研究。鉴定了重组菌的酶学性质并优化其全细胞转化条件。结果表明在生物量为36 g·L^-1、底物浓度为5.40 g·L^-1条件下,经过两次补料,获得了3.66g·L^-1宝丹酮,比优化前提高了4.1倍。而且在生物转化过程中未检测到副产物。为生物合成宝丹酮提供了可能。     

PHBV降解菌株的选育及其降解性能研究

从炼油厂污水处理车间活性污泥中筛选出一株具有降解3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚酯(PHBV)能力的菌株。经菌体形态特征、菌落培养特征、生理生化反应考察以及16S rDNA序列比对,确定菌株属于食酸菌属。菌株经24 h培养,发酵液PHBV降解酶活力可达13.3 U/ml,实验条件下菌株可使PHBV薄膜在32 h内完全降解质,谱检验显示降解产物中仅见β-羟基丁酸单体未,见其他寡聚体。     

化学酶法合成光学纯(S)-1,2,3,4-四氢喹啉-3-羧酸的研究

采用化学酶法以消旋体苯丙氨酸和多聚甲醛为起始原料,用氢溴酸作为催化剂,经Pictet Spengler反应、酯化、脂酶催化水解等过程合成了光学纯的(S)-1,2,3,4-四氢喹啉-3-羧酸(Tic)。对Pictet Spengler反应和脂酶催化水解进行了工艺优化。Pictet Spengler反应的最佳条件是:n(苯丙氨酸)∶n(多聚甲醛)∶n(HBr)=1∶1 4∶8 8(HBr使用其40%质量分数的水溶液),反应温度为60℃,消旋体Tic收率为87 1%。脂酶催化水解的最适宜条件是反应温度为30℃,酶和底物的质量比为0 2,pH值为7 5,可得到光学收率e.e%>99%、化学收率49.1%的(S)-Tic。     

两相体系中固定化黏红酵母CCZU-G5催化合成 (R)-2-羟基-4-苯基丁酸乙酯

通过筛选得到一株高立体选择性还原2-氧代-4-苯基丁酸乙酯（OPBE）合成(R)-2-羟基-4-苯基丁酸乙酯[(R)-HPBE]的菌株并鉴定为黏红酵母。研究了在异辛烷/水两相体系中固定化黏红酵母CCZU-G5不对称还原OPBE合成(R)-HPBE的反应条件。结果表明最适的反应条件为：在异辛烷比例为10%条件下,底物浓度为100 mmol/L,催化剂用量为0.45 g/mL,辅底物为40 g/L的葡萄糖。在建立的反应体系中反应16 h,(R)-HPBE产率最高,达83.5%,e.e.值99%以上。固定化酵母经7次重复使用后,产率和e.e.值分别维持在70%和99%以上。     

醇脱氢酶KpADH的127位点对催化活性和对映选择性的影响

醇脱氢酶可用于合成手性化合物,在医药、材料等领域应用广泛。来源于多孢克鲁维酵母（Kluyveromyces polysporus）的醇脱氢酶KpADH同时具有还原(4-氯苯基)-(吡啶-2-基)-甲酮（CPMK）和氧化异丙醇、1,4-丁二醇的活性。通过分子对接和结构分析,发现Y127是紧靠底物的关键位点。本文通过对127位点定点饱和突变来提高催化活性和对映选择性,突变体Y127V和Y127I还原CPMK的比活力达到95.0U/mg和84.0U/mg,分别是野生型的6.5倍和5.8倍,突变体Y127L催化CPMK生成(R)-(4-氯苯基)-(吡啶-2-基)-甲醇[(R)-CPMA]的e.e.值由82％提高到99.2％。同时,127位点的突变提高了对醇类底物的氧化活性,突变体Y127I对异丙醇的比活力是野生型的1.46倍,而Y127C更青睐于对1,4-丁二醇的催化氧化,其比活力是野生型的3.00倍。分子间作用力分析表明,Y127L与底物CPMK间增加的氢键和π-π作用力稳定了底物构象,进一步提高了还原CPMK的对映选择性。本文为醇脱氢酶KpADH的分子改造和机制解析提供了指导,提高了该酶的工业应用潜力。     

化学-酶法耦合制备拆分β-萘乙醇

通过化学-酶相耦合的方法,成功制备出e.e.值〉99%的S-β-萘乙醇,使其光学纯度达到了制备R-2-萘乙胺的要求。研究中以β-萘乙酮为原料,经硼氢化钠还原得到外消旋的β-萘乙醇。经过酶催化动力学拆分,β-萘乙醇中R型底物100%全转化为酯,S构型底物型被保留,这样体系中S构型底物的e.e.值达到近100%。本文还考察了若干因素对酶催化动力学拆分过程的影响,并最终确定了酶催化动力学拆分β-萘乙醇制备S-β-萘乙醇的最适条件：反应温度45℃,溶液为甲苯,底物浓度为100 mmol/L。     

双酶偶联生物合成L-酪氨酸

多酶偶联催化是酶法制备手性药物中间体的重要方法之一。该文采用双酶偶联体系,利用天冬氨酸转氨酶全细胞催化L-天冬氨酸转氨至苯丙酮酸,生成L-苯丙氨酸,同时得到中间产物丙酮酸;反应体系中的酪氨酸酚裂解酶全细胞催化丙酮酸、苯酚和氨酶法合成L-酪氨酸。经考察确定了双酶偶联反应的最佳条件为:温度40℃,pH=8.5,底物苯丙酮酸质量浓度为25 g/L,苯丙酮酸与L-天冬氨酸摩尔比1∶1.2,天冬氨酸转氨酶与酪氨酸酚裂解酶细胞质量比1∶1,4 mmol/L PLP,0.1 g/L吐温80。30 g/L的氯化铵对双酶偶联反应有促进作用。双菌双酶偶联生物法合成L-酪氨酸,充分利用了反应副产物丙酮酸得到附加值较高的产品,对资源合理利用及绿色合成工艺具有参考意义。