源于红豆的羰基还原酶在(R)-苯基乙二醇制备中的应用

采取研磨、离心分离、多层过滤和丙酮沉析等步骤,从红豆中提取具有不对称还原芳香酮能力的羰基还原酶(CR),经快速分离纯化获得了纯化倍数为5.8倍的红豆源CRrb酶液,考察了其酶学特性,与微生物源CR的酶学特性进行比较,将CRrb与甲酸脱氢酶(FDH)耦合构建CRrb/FDH双酶体系连续催化b-羟基苯乙酮制备(R)-苯基乙二醇. 结果表明,源于红豆的CRrb最适反应pH值为6.0,最适反应温度为45℃,在40~60℃范围内耐热性好于一般微生物源CR. CRrb的米氏常数Km=5.68 mmol/L,最大反应速率Vmax=20.21 μmol/(min×mL),对底物的亲和力和催化效率比微生物源CR好. 底物较佳耐受浓度为60 mmol/L,较微生物源的CR高. CRrb/FDH酶活比为1:1.5时耦合体系反应效率最佳,批次反应转化1 mol辅酶可获得产物的量由266 mol提高到365 mol.     

纳米粒子固定化双酶耦合体系连续催化制备(R)-苯基乙二醇

将活化醇盐水解法制备的SiO2纳米粒子分别与羰基还原酶(CR)和甲酸脱氢酶(FDH)进行共价固定化,固定化CR与FDH耦合,连续催化转化b-羟基苯乙酮制备(R)-苯基乙二醇,考察了NADH的再生与循环利用性. 结果表明,纳米粒子固定化CR和FDH酶载量分别为3.32和5.55 mg/g,催化活性为游离酶的50%~60%,最适反应pH值分别为6.5和8.5,最适反应温度分别为40和45℃. 耦合体系进行12批次反应,产物(R)-苯基乙二醇累积量达35.6 g/L,纳米粒子生产能力达178 g/g. 纳米粒子固定化酶经简单离心收集后可重复利用.     

重组短链脱氢酶LcSDR催化(R)-1-苯基乙醇不对称合成的工艺开发

采用基因挖掘技术从Lactobacillus composti基因组中筛选到一条编码短链脱氢酶(LcSDR)的序列,该LcSDR能不对称还原苯乙酮(1a)合成(R)-1-苯基乙醇[(R)-1b]。构建了Lc SDR和葡萄糖脱氢酶(EsGDH)双酶偶联催化合成体系,优化了Lc SDR不对称还原1a合成(R)-1b的催化工艺参数。在较佳催化条件下,50 g/L1a转化反应2 h,产物(R)-1b得率93.8%,产物对映体过量值(eep)高于99%,该手性生物合成催化过程的时空产率达到562.8 g/(L·d)。     

生物催化不对称还原制备(R)-2-羟基-4-苯基丁酸

以克隆表达的乳酸脱氢酶(D-LDH)为催化剂来还原前手性化合物2-羰基-4-苯基丁酸(OPBA),制备重要的手性中间体(R)-2-羟基-4-苯基丁酸(R-HPBA)。通过考察影响反应的各因素,确定了反应pH、初始底物浓度,酶加量及NAD+加量等参数。最后,以分批补料的方式进行产物制备,4 h内即可完全转化100 mmol/L底物。经验证,所得产物的构型完全正确,且e.e值>99.9%。     

羰基还原酶与甲酸脱氢酶偶联催化制备(R)-苯基乙二醇

以重组菌E. coli Rosetta/pETDuet-rcr-fdh全细胞为催化剂,2-羟基苯乙酮和甲酸钠为双底物,研究了生物催化反应体系中温度、pH值、底物2-羟基苯乙酮的初始浓度、反应时间、细胞浓度和状态等对产物(R)-苯基乙二醇生成效率的影响规律. 结果表明,在温度35℃和pH 7.0、底物初始浓度6 g/L、时间36 h、湿细胞浓度10%(w)的条件下,产物的光学纯度高达98.37% e.e.,得率达79.14%. 在上述反应体系中添加5 mmol/L ZnSO4后,重组菌催化的不对称还原反应效率显著提高,产物(R)-苯基乙二醇光学纯度达到100% e.e.,得率高达86.3%.     

(R)-1-[3,5-双(三氟甲基)苯基]乙醇的合成与拆分

报道了一种用Pd/C或Na BH4作还原试剂,制备得到高纯度消旋化的(R)-1-[3,5-双(三氟甲基)苯基]乙醇的方法。比较分析了两种还原方法的优缺点,并经过筛选得到1种高效高选择性动力学拆分脂肪酶:Novozym 435,经过后期的分离纯化,成功制得e.e.值大于99%的产物。     

固定化沙雷氏菌脂肪酶拆分(R,S)-2-羟基-4-苯基丁酸乙酯

利用海藻酸钙-戊二醛交联法对本实验室筛选到的一株能选择性拆分(R,S)-2-羟基-4-苯基丁酸乙酯〔(R,S)-HPBE〕的沙雷氏菌脂肪酶进行固定化,并对固定化脂肪酶的酶活和拆分条件进行了研究。结果表明,最适反应温度为50℃,pH=7.0,底物浓度40 mmol/L,ρ(酶液)=200 g/L,在该条件下,反应10 h后,(R)-2-羟基-4-苯基丁酸乙酯〔(R)-HPBE〕产率达93.4%,光学纯度(e.e.)为96.2%。连续反应12批次,固定化脂肪酶仍可使(R)-HPBE产率维持在80%以上。     

不对称合成(R)-2-羟基-4-苯基丁酸乙酯的动力学

采用10,11-二氢辛可尼定修饰的Pt/Al2O3催化体系,不对称加氢合成(R)-2-羟基-4-苯基丁酸乙酯,研究了各因素影响反应速率和光学收率的一般规律.根据推测的机理,建立了未修饰体系中加氢反应的本征动力学模型,结合实验数据选定了较佳的模型.假设不对称加氢反应总速率包括反应物在催化剂表面修饰位上和未修饰位上两部分的加氢速率,建立了不对称加氢的动力学模型,经拟合得到参数并进行了验证和讨论.     

不对称催化合成(R)-2-羟基-4-苯基丁酸乙酯

用Pt—Cinchona生物碱体系催化加氢合成(R)-2-羟基-4-苯基丁酸乙酯。进行了催化剂的制备和比较研究,并考察了修饰剂用量、2-氧代-4-苯基丁酸乙酯的初始浓度、反应氢压和温度对转化率和(R)-2-羟基-4-苯基丁酸乙酯得率的影响,得到了适宜的反应条件,在此条件下产物中(R)-2-羟基-4-苯基丁酸乙酯得率可达70％以上。实验结果表明,本研究中不对称加氢速率与光学收率呈良好线性关系,对研究不对称合成反应的规律有一定的意义。     

手性试剂(R)-β-甲基-γ-丁内酯及其衍生物的合成

以剑麻皂甙元为原料,经氧化降解得到了手性目标化合物.再与溴化氢/无水乙醇反应,以86%的收率得到(R)-4-溴-3-甲基丁酸乙酯;当目标化合物与苄溴/氢氧化钠反应时,可选择性地分别以91%和90%的收率得到(R)-4-苄氧基-3-甲基丁酸和(R)-4-苄氧基-3-甲基丁酸苄酯.合成产物的结构采用IR、~1HNMR和MS等确认.它们不仅为药物和生物活性天然化合物的合成提供了新的合成中间体,也为它们的新合成途径设计提供了机遇.     

甲酸脱氢酶用于辅酶NADH再生的研究进展

NADH依赖型氧化还原酶广泛应用于精细化学品和手性化合物的生物合成,其中辅酶NADH作为还原当量起着关键的作用,NADH的再生关系到生物氧化还原过程能否进行. 甲酸脱氢酶在辅酶NADH再生中的应用是目前代谢工程领域研究的热点之一. 本工作回顾了甲酸脱氢酶的来源和氨基酸序列、酶的理化性质和催化机理等方面的研究进展,从化学稳定性、热稳定性和成本等方面阐述了甲酸脱氢酶在辅酶再生系统中的应用,讨论了甲酸脱氢酶用于辅酶再生的代谢工程平台的发展趋势,并对研究发展方向提出了一些设想.     

包括辅酶原位再生的偶联酶反应联产1,3-二羟基丙酮和2-氨基丁酸

将甘油脱氢酶(GDH)和亮氨酸脱氢酶(LDH)偶联,以甘油和2-丁酮酸为底物,同时合成1,3-二羟基丙酮(DHA)和2-氨基丁酸,并实现辅酶NAD+的循环再生. 考察了底物和辅酶NAD+浓度对产物产率和辅酶总转换数(TTN)的影响,结果表明,当NAD+初始浓度为0.1 mmol/L时,TTN值可达5110;底物甘油和2-丁酮酸的转化率分别为1.4%和2.6%. 通过分析各反应底物和产物对GDH和LDH反应初速率的影响,认为产物DHA和2-氨基丁酸对GDH和LDH的强烈抑制效应是造成反应转化率低的主要原因. 因此,采取有效的产物去除措施将是提高偶联反应效率的关键.     

固定化细胞催化合成6-氰基-(3R,5R)-二羟基己酸叔丁酯工艺研究

采用硅藻土作载体,聚乙烯亚胺和戊二醛作交联剂来固定化E.coli BL21(DE3)/pCDFDuet-gdh-cr共表达菌株,以此来催化6-氰基-(5R)-羟基-3-羰基己酸叔丁酯[(5R)-1]合成6-氰基-(3R,5R)-二羟基己酸叔丁酯[(3R,5R)-2],考察了硅藻土-聚乙烯亚胺-戊二醛固定化细胞的催化性能,进一步优化了固定化细胞催化合成(3R,5R)-2工艺。结果表明:在固定化细胞用量100g/L、葡萄糖与底物质量浓度比为1:1、转化温度30℃、pH7.0、流速12mL/min、100 g/L的(5R)-1转化完全的条件下,填充床式反应器可以连续反应五个批次,转化570 g/L的(5R)-1,较搅拌式反应器提高了107.3%,较游离细胞间歇催化操作提高了185%。     

Engineering a Formate Dehydrogenase for NADPH Regeneration**

Nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) and nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) constitute major hydrogen donors for oxidative/reductive bio-transformations. NAD(P)H regeneration systems coupled with formate dehydrogenases (FDHs) represent a dreamful method. However, most of the native FDHs are NAD⁺-dependent and suffer from insufficient reactivity compared to other enzymatic tools, such as glucose dehydrogenase. An efficient and competitive NADP⁺-utilizing FDH necessitates the availability and robustness of NADPH regeneration systems. Herein, we report the engineering of a new FDH from Candida dubliniensis (CdFDH), which showed no strict NAD⁺ preference by a structure-guided rational/semi-rational design. A combinatorial mutant CdFDH-M4 (D197Q/Y198R/Q199N/A372S/K371T/▵Q375/K167R/H16L/K159R) exhibited 75-fold intensification of catalytic efficiency (k_cat/K_m). Moreover, CdFDH-M4 has been successfully employed in diverse asymmetric oxidative/reductive processes with cofactor total turnover numbers (TTNs) ranging from 135 to 986, making it potentially useful for NADPH-required biocatalytic transformations.     

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。     

An efficient strategy overcoming the bottleneck in Candida parapsilosis catalyzing stereoinversion from (R)‐1‐phenyl‐1, 2‐ethanediol to the corresponding counterpart

BACKGROUND: Microbial stereoinversion has been widely used for the biosynthesis of numerous chiral compounds. However, little work has been done to improve the efficiency of microbial stereoinversion. This study investigated the bottleneck in the deracemization of 1‐phenyl‐1,2‐ethanediol (PED), and then the efficiency and the sustainability of biocatalyst was improved significantly by using a strategy. RESULTS: When (S)‐PED concentration exceeded 17.5 g L^?1, it strongly inhibited deracemization. Furthermore, the deficiency of NADPH regeneration also limited such reaction. To overcome these limitations, extractive biocatalysis was developed using adsorbent resin NKII combined with xylose addition for cofactor regeneration. Compared with the initial reaction condition, which only afforded (S)‐PED with 35% optical purity after the first batch reaction at 30 g L^?1 substrate concentration, the cells in the new system could be reused three times and the optical purity remained at a high level of 95%. CONCLUSION: Product inhibition and coenzyme regeneration had a significant effect on catalytic activity of Candida parapsilosis. By using a resin and D‐xylose, the efficiency and reusability of whole‐cell catalyst can be considerably improved, which would be helpful for effective synthesis of high value chiral intermediates. Copyright © 2009 Society of Chemical Industry