分子模拟指导化学修饰对有机相中脂肪酶的性能强化

脂肪酶是一种应用广泛的重要生物催化剂,它对手性底物具有良好的立体选择性,而且能适应包括疏水有机溶剂在内的多种非天然反应介质。提高脂肪酶在非天然环境中的立体选择性已经成为关于脂肪酶的研究热点。然而已有研究在提高选择性的同时,往往伴随催化活力的降低。本文提出一种基于计算机模拟的理性改造方法,能够在不降低脂肪酶活力的情况下大幅提高其在有机介质中的立体选择性。以洋葱假单胞菌脂肪酶(Pseudomonas cepacia lipase,PcL)在正己烷中催化手性仲醇的转酯化反应为模型,借助分子动力学模拟,预测 N-乙酰咪唑(NAI)修饰 PcL的效果。蛋白质谱证实产生主要影响的是位于 PcL活性口袋内的 Tyr²⁹ 残基。进一步通过实验验证,发现经 NAI 修饰酪氨酸残基(Tyr)后 PcL催化拆分手性仲醇的对映体选择性最高从 E = 12.6 提高到 48.1,同时催化活力也有所提高。     

假单胞菌脂肪酶手性拆分研究进展

脂肪酶是一种重要的工业用酶,本文从酶源角度综述了假单胞菌脂肪酶在拆分手性醇和酯等精细化学品中的应用,通过分子模拟解释其选择性并通过定向进化提高其选择性。由于假单胞菌脂肪酶天然耐有机溶剂的特性,可用于非水相生物催化。随着生物和化学领域的不断交叉,将进一步推动假单胞菌脂肪酶的开发和应用。     

手性脯氨酸类离子液体化学修饰猪胰脂肪酶催化性能研究

通过化学修饰同时提高脂肪酶包括选择性在内的酶学性能具有重要意义。以N-乙酰-脯氨酸作为手性源制备的四种离子液体对猪胰脂肪酶（PPL）进行化学修饰，通过三硝基苯磺酸法（TNBS）测定了修饰度，采用水解4-硝基苯酚棕榈酸酯的反应测定酶活。正如预期的一样，所有修饰酶的酶学性能均得到显著改善。其中修饰酶的热稳定性、有机溶剂耐受性、不同温度和pH下的耐受性甚至对映体选择性均得到同时提升。结果也表明，离子液体的组成及构型对修饰酶的酶学性能有较大程度的影响，经过[BMIM][N-AC-L-pro]修饰后的PPL各项催化性能明显优于[BMIM][N-AC-D-pro]，而经过[N-AC-L-pro][Cl]和[N-AC-D-pro][Cl]修饰的PPL催化性能差异较小。经过[N-AC-L-pro][Cl]修饰后PPL展现出最高的酶活，达到原酶的2.5倍。经过[BMIM][N-AC-L-pro]修饰后的PPL展现出最佳的酶学性能，在酶活提高了1.0倍的同时，热稳定性提高了2.6倍（50℃，2.5 h），对映体选择性提高了1.5倍，在强极性质子溶剂甲醇中的稳定性也提升了1.3倍，且在不同温度、pH下也展现出了较好的稳定性与耐受性。通过荧光光谱和圆二色谱表征证明，手性离子液体成功嫁接到PPL的表面，引起脂肪酶构象的改变，从而促使酶的催化性能发生改善。通过该研究，手性离子液体被证实为是一种可用于酶分子改造并提升选择性在内各项催化性能的新型且有效的修饰剂。     

多元电解质对脂肪酶有机相拆分炔戊醇的激活

脂肪酶是一种应用节广泛的重要生物催化剂,提高脂肪酶在非天然环境中的催化性能逐步成为了一个研究热点。研究表明,某些电解质的加入可显著提高提脂肪酶在有机溶剂体系中的酶活和选择性。然而有关研究主要考察单一电解质的作用,且涉及的电解质种类较少,更为系统的研究未见报道。本文以洋葱假单胞菌脂肪酶（Pseudomonas cepacia lipase,即PcL）催化手性菊酯农药前体4-甲基庚-4-烯基-1-炔基-3-醇（炔戊醇）在甲苯中选择性转酯化为模型,系统考察了卤化物、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐等8类35种电解质单独以及多种电解质协同对PcL催化性能的影响。结果表明,NaF-Na2HPO4/NaH2PO4的二元电解质体系具有远高于任意单一电解质组分的性能,该体系使PcL活力提高23倍。进一步研究表明,这一电解质体系对PcL催化不同对映体转酯化的活力提高程度不同,从而将其对映体选择率（E值）由11提高到21。     

脂肪酶和青霉素酰化酶催化合成手性化合物的研究进展

生物酶催化合成手性药物和中间体具有高效、节能和环境友好等突出的优势,本文从提高催化反应效率的角度,评述了非水相酶催化反应的溶剂效应——溶剂体系对酶的活性和对映选择性的调控作用;介绍了动力学控制合成β-内酰胺类抗生素的不同溶剂体系,包括有机物-水共溶剂体系、有机物-水不共溶剂体系、反胶束体系和双水相体系。提出利用溶剂效应...     

己二醇改性PBS共聚酯的酶催化降解及溶剂效应

采用己二醇对聚丁二酸丁二醇酯(PBS)改性,合成了不同比例、分子质量均在6×105左右的聚丁二酸丁二醇/己二醇酯(PBSH),并以其为底物分别在2种不同的有机溶剂氯仿(CHCl3)和四氢呋喃(THF)中,研究了洋葱假单胞菌(PC)脂肪酶对其催化降解规律和溶剂效应。以GPC测试了共聚物降解前后的分子质量变化;以TG分析了酶降解共聚物前后热性能的变化;以MALDI-TOF-MS对降解产物进行了分析。研究结果表明:PBSH在2种溶剂中都能快速降解;降解60 h后2种共聚物的相对分子质量均减小,分子质量分布均变宽;但在氯仿中酶催化活性更高,PBSH降解速率更快;降解前后热失重5%时热分解温度均降低;MALDI-TOF-MS结果表明:在2种溶剂中降解产物中含SH(丁二酸己二醇酯)片段较多,且氯仿中降解产物种类更多,并易于成环。     

基于脯氨酸理论提高枯草芽孢杆菌脂肪酶A的热稳定性

以枯草芽孢杆菌脂肪酶A(LipA)为研究对象,根据从RCSB数据库中获取的晶体结构,采用分子动力学模拟和分子生物学实验相结合的方法进行脂肪酶热稳定性位点突变的理性设计。首先,利用分子动力学模拟获得晶体结构中柔性较高的Loop区域;进而,结合"脯氨酸理论",将位于该区域附近的Gly残基突变为Pro,分析引入Pro突变对LipA热稳定性的影响,筛选得到Gly52和Gly158两个突变位点;最后,通过定点突变操作对突变株LipAG52P和LipAG158P进行热稳定性实验验证。结果显示,突变株LipAG52P、LipAG158P的比活力分别是野生型LipA的5.6倍和2.7倍,Tm值分别提高了15℃和7℃,催化效率分别提高了85%和22%。     

脂肪酶选择性水解酰胺工艺条件的初步研究

对脂肪酶Nov435选择性水解拆分2-氯-N-(1-(4-氯苯基)乙基)乙酰胺的工艺进行了研究.通过对反应介质、转化时间、底物浓度、温度和转速等影响因素的考察,得到较优的拆分工艺为:反应介质为含水体积分率为0.2%的甲苯,酶添加且0.04 g/mL,底物浓度为0.3%,反应温度40℃,转速为220 r/min,转化时间...     

响应面法优化固定化洋葱伯克霍尔德菌脂肪酶回收工艺的研究

酶法制备生物柴油工艺引起了越来越多的关注。本文以脂肪酶回收前后脂肪酸甲酯得率之比作为检测指标,采用响应面法对自行制备的固定化洋葱伯克霍尔德菌脂肪酶的回收工艺参数进行了优化,并利用软件SAS 9.0对实验数据进行分析。确定的最佳回收条件:回收溶剂用量20.4 mL,回收温度40.2℃,回收时间20 m in。此条件下,验证试验脂肪酶回收率最大可达98.26%,与回归模型预测最优条件下脂肪酶回收率99.59%非常接近,且使用30次后,其回收效率依然接近100%。R2=96.63%显示该回归模型在分析脂肪酶回收率方面具有极高的准确性和可信度。     

Stereoselective acylation of Dl-menthol in organic solvents by an immobilized lipase from Pseudomonas cepacia with vinyl propionate

An effective lipase-catalyzed stereoselective transesterification of (±)-menthol in organic solvent with vinyl propionate as acylating agent is described. Immobilization by adsorption and the presence of molecular sieves improved the formation of (±)-menthyl propionate by lipase (PS-30) from Pseudomonas cepacia. The reaction time course, mole ratio of substrates, temperature, amount of enzyme, as well as the effect of various organic solvents, were examined for their influence on the enzymatic stereoselective formation of (−)-menthyl propionate. Among the parameters studied, the stereospecificity toward (−)-menthol decreased significantly as temperature increased but the yields of both enantiomers increased. Organic solvents with log P (partition coefficient) values above 3.5 gave higher yield and stereoselectivity than solvents with lower log P values.     

Molecular dynamics simulation and mechanism study on thermal conductivity of alcohols

Heat transfer is one of the basic issues in chemical production, and thermal conductivity is an important thermodynamic data in the design of chemical product production processes. In this paper, nonequilibrium molecular dynamics methods are used to simulate the heat transfer of liquid alcohols at four different temperatures, and the thermal conductivity of the corresponding conditions is obtained. The average relative deviation between the calculated value and the experimental value was 3.77%. Through the decomposition of heat flux, it was found that molecular kinetic energy, Coulomb interaction and intramolecular dihedral angle contribute the most to the heat conduction of alcohols. At the same time, as the molecular volume increases, the thermal conduction pathway of the intramolecular interaction term gradually dominates, indicating that the thermal conduction mechanism of alcohols has a significant relationship with the molecular structure. In addition, as the temperature elevates, the heat flux transmitted through the molecular kinetic energy, intermolecular Coulomb interaction, and the intramolecular angle bending and bond stretching term increases, while the heat flux transmitted through the molecular potential energy decreases significantly. This work provides a microscopic explanation for the effects of the structure and temperature of liquid alcohols on thermal conductivity, and provides a micro foundation for the study of heat conduction of liquid alcohols.     

醇类有机物热传导的分子动力学模拟及微观机理研究

传热是化工生产的基本问题之一,热导率是化工产品生产工艺设计中一类重要的热力学数据。通过非平衡分子动力学方法模拟了8种液态醇类有机物在不同温度下的导热过程。热导率计算值与实验值的平均相对偏差为3.77%。通过对热流的分解发现,分子动能、分子间库仑相互作用和分子内的二面角对醇类有机物的热传导影响较大。同时随着分子链增长,通过分子内相互作用进行的热传导逐渐占主导作用,表明醇类有机物的热能传输机理与分子结构有显著关系。此外,随着温度的升高,通过分子的动能、分子间库仑作用和分子内键角、键伸缩作用项传输的热流增大,表明温度对液态醇类有机物的热传导也有一定影响。本工作从微观分子间和分子内作用分析了液态醇类有机物结构和温度对热导率的影响,为液态有机物的热传导研究提供了微观依据。