E.coli BL21(DE3)/pET28a(+)-cr羰基还原酶分离纯化及酶学性质研究

利用强酸型阳离子交换层析和疏水作用层析技术,从实验室构建的羰基还原酶工程菌E.coli BL21(DE3)/p ET28a(+)-cr细胞中分离得到电泳纯NADP(H)依赖型的羰基还原酶,LC-MS-QTOF分析揭示其相对分子质量为35.4 k Da。该酶能不对称还原6-氰基-(5R)-羟基-3-羰基己酸叔丁酯(CHOHB)、4-氯乙酰乙酸乙酯(COBE)合成阿托伐他汀关键手性合成子6-氰基-(3R,5R)-二羟基己酸叔丁酯、(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯,对丙酮酸乙酯、丁二酮也表现出较高的还原能力。该羰基还原酶的最适作用条件为:30℃,p H7.5;且活性不依赖于金属离子。它催化CHOHB还原反应的最大反应速度vmax 54.3μmol·mg-1·min-1,KmCHOHB值4.4 mmol·L-1;作用于COBE时,最大反应速度vmax 36.5μmol·mg-1·min-1,KmCOBE值1.2×10-1 mmol·L-1。E.coli BL21(DE3)/p ET28a(+)-cr羰基还原酶在他汀手性侧链制造上具有广阔的应用前景。     

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.     

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%.     

立体选择性羰基还原酶及其在手性醇合成中的应用

手性醇是重要的医药中间体与精细化工品,立体选择性羰基还原酶催化制备手性醇具有重要的研究与应用价值,受到国内外科学家和工程师的高度关注。本文主要围绕羰基还原酶的发现与分类、催化羰基还原反应的活性与立体选择性机制、酶的筛选挖掘与分子改造技术、辅酶还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（磷酸）的再生方法、羰基还原酶催化合成手性醇医药中间体与精细化学品技术开发与应用等方面展开综述。重点阐述了羰基还原酶催化制备降血脂、抗细菌或病毒感染、抗肿瘤、抗抑郁症、抗癫痫等重要疾病治疗药物中间体及脂肪族、芳香族手性醇精细化工品的国内外技术进展与应用,为高效能立体选择性生物催化剂的创制和手性化合物的生物合成提供理论借鉴和成功范例。     

(S)-(—)-苄基丁二酸的合成研究

以L-苯丙氨酸为原料,经重氮化得到（S）-2-氯-3-苯基丙酸,然后用浓硫酸为催化剂与乙醇进行酯化,得到（S）-2-氯-3-苯基丙酸乙酯;再在乙醇钠的作用下与丙二酸二乙酯缩合,经水解、脱羧,得到（S）-（-）-苄基丁二酸。在本试验的操作条件下总收率达到26．8％。并用旋光度、熔点、红外、核磁及元素分析对产品结构进行了表征。     

乙醛还原酶工程菌的构建以及与葡萄糖脱氢酶工程菌偶联还原制备R-CHBE

R-4-氯-3-羟基丁酸乙酯(R-CHBE)是多种药物的手性中间体,可由4-氯乙酰乙酸乙酯(COBE)立体选择性还原制备,而辅酶高效再生是绝大多数氧化还原酶实际应用的瓶颈。本研究从赭色掷抱酵母细胞ZJU010中克隆出NADPH依赖型乙醛还原酶ARI基因(alr),构建重组大肠杆菌E.coliBL21/pET-alr,并与葡萄糖脱氢酶的基因工程菌(BL21/pET-gdh)进行偶联转化COBE。合理调整双菌双酶比例,当BL21/pET-alr和BL21/pET-gdh的湿菌重比为6∶1时,CHBE的产量达到最高,无需添加辅酶,转化22h摩尔转化率达到95.88%,产物R-CHBE的对映体过量值ee为96%,较好地实现了双酶偶联制备R-CHBE。     

酵母细胞催化4-氯-乙酰乙酸乙酯的不对称还原反应

研究了酵母细胞催化4-氯-乙酰乙酸乙酯还原为手性化合物4-氯-(S)-3-羟基丁酸乙酯反应的工艺条件,讨论反应条件对产物得率及对映体过量(e.e.值)的影响。将质量分数5%的酵母加入培养基中静置培养12h后,加入20%质量分数的蔗糖、2.5%质量分数的底物,在30℃、pH值7.2、200r/min振荡培养8h,最大产率和产物e.e.值分别可达91.7%和97.8%。而手性助剂L-谷氨酰胺和L-半胱氨酸并未对实验结果有明显影响。     

手性气相色谱法测定2-氯丙酸乙酯的含量及光学纯度

[目的]建立一种用手性气相色谱法测定2-氯丙酸乙酯R体、S体的含量及光学纯度的定量分析方法。[方法]采用BETA DEX 120色谱柱,起始温度40℃,升温速率1℃/min,终止温度80℃,进样口温度230℃,检测器温度250℃进行检测。[结果]方法的线性相关系数S体、R体均为0.9999,标准偏差0.030,平均回收率:S体为98.91%,R体为100.82%。[结论]该方法分离效果较好,具有高精密度和准确度及良好的线性关系。     

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.     

拟热带假丝酵母中羰基还原酶的纯化及其酶学性质研究

从拟热带假丝酵母Candida pseudotropicalis 104(C104)中,通过离子交换层析和蓝色琼脂糖亲和层析分离得到依赖于辅酶NAD(H)的羰基还原酶,酶的分子量约为37.5 kD.催化氧化反应的最适pH为8.5,催化还原反应的最适DH为6.0～6.5,最适反应温度均为50℃.该酶热稳定性较低,在pH7.0～8.5环境下较稳定,多数重金属离子均能导致酶活力下降.该酶的反应底物广泛,能高选择性催化还原多种氯代苯乙酮衍生物,其中还原苯乙酮、2＇-氯-苯乙酮、3＇-氯-苯乙酮和4'-氯-苯乙酮可产生对应的s型醇,其对映体过剩值(e.e.)均达到将近100%.底物上取代基团的位阻效应和电荷诱导效应是羰基还原酶还原底物活力大小的重要影响因素.     

Purification and characterization of a novel carbonyl reductase with high stereo-selectivity

A novel NADPH-dependent carbonyl reductase was separated from Candida parapsilosis CCTCC 203011. The enzyme gave a single band on sodium dodecyl sulfatepolyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), which was purified through ammonium sulfate, Diethylamino Ethanol (DEAE) sepharose Fast flow (FF), phenyl-sepharose FF and blue sepharose FF chromatography from cell-free extract. The molecular mass of the enzyme was about 30 kDa. The optimum pH and temperature for reduction were 4.5°C and 35°C, respectively. The Cu²⁺ had strong restrictive effect on enzyme activity. In addition, the carbonyl reductase was an enzyme with high substrate specificity and stereo-selectivity, and showed high asymmetric reduction activity towards α-hydroxyacetophenone and ethyl 4-chloro acetoacetate. For the asymmetric reduction of α-hydroxyacetophenone and ethyl 4-chloro acetoacetate, (S)-1-phenyl-1,2-ethanediol and (R)-ethyl4-chloro-3-hydroxybutanoate were produced by the purified enzyme, with the 100% and 94.3% e.e. value, respectively. Therefore, the enzyme could be one of the effective biocatalysts for asymmetric synthesis of chiral alcohols. The amino acid sequences of one peptide from the purified enzyme were analyzed by LC-MASS-MASS, and the carbonyl reductase showed some identity to the hypothetical protein CaO19.10414 reported. __________ Translated from Journal of Chemical Industry and Engineering Progress, 2006, 25(9): 1,082–1,088 [译自: 化工进展]     

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。     

醇类物质诱导培养改善近平滑假丝酵母(Candida parapsilosis)去消旋转化能力

采用近平滑假丝酵母Candida parapsilosis全细胞去消旋转化外消旋苯基乙二醇(PED)制备S-苯基乙二醇. 主要研究了在菌体培养阶段添加底物醇类和酮类对菌体生长及菌体产酶的影响. 研究发现添加乙醇可以促进细胞生长,提高细胞中脱氢酶活力,从而改善菌体立体选择性转化能力. 通过在菌体培养至对数生长期时添加0.1%乙醇,菌体量增长10%,相对酶活提高30%,采用相同浓度菌体转化105 mmol/L (R, S)-苯基乙二醇时,产物(S)-苯基乙二醇的对映过量值从90%提高至99%,产率从87.3%提高至92.4%.     

树脂原位吸附促进高浓度底物不对称氧化还原合成（S）-苯基乙二醇

以近平滑假丝酵母(Candida parapsilosis)全细胞为催化剂,考察了添加吸附树脂对不对称氧化还原外消旋苯基乙二醇制备-(S)-苯基乙二醇(S-PED)的影响.通过树脂吸附性能考察,筛选出一种对底物有较快吸附速率和较大吸附量的树脂NKAⅡ,在反应体系中加入一定量NKAⅡ树脂,可以显著降低底物和产物对反应过程的抑制,提高反应的初始底物浓度.结合树脂对底物的吸附量和菌体反应的最适底物浓度,建立了树脂添加量随底物浓度变化的关系式,通过此公式添加树脂将溶液中底物产物总浓度控制在最适水平,从而实现高初始浓度底物,快速度反应.在40g/L初始底物浓度转化体系中加入0.74g树脂,平衡2h后,反应108h,产物S-PED的ee值和产率分别为98.1%和88.5%,产物浓度达到35.4 g/L.     

重组大肠杆菌不对称还原2-羟基苯乙酮合成(R)-苯基乙二醇

通过对近平滑假丝酵母(R)-专一性羰基还原酶（rCR）进行氨基酸序列分析并根据其序列的保守性设计PCR引物,以近平滑假丝酵母基因组为模板利用PCR技术得到目的基因rcr。该基因全长1011bp,共编码336个氨基酸。将该基因与表达载体pET21c连接后构建重组质粒pETRCR,并转化入Escherichia coli BL21（DE3）中进行表达。重组大肠杆菌具有(R)-专一性羰基还原酶活性,可催化不对称还原2-羟基苯乙酮合成(R)-苯基乙二醇。研究发现,在重组菌培养过程中,同添加IPTG诱导培养的情况相比,不添加IPTG诱导培养的酶活及不对称转化(R)-苯基乙二醇的效果较好。在反应过程中,转化48 h及在pH值 8～9的条件下更有利于不对称反应的进行。另外,较高的底物浓度会对反应产生抑制作用,通过提高重组菌细胞浓度可显著提高转化效果。在5 g/L的底物浓度条件下,利用0.3 g/mL重组菌细胞可还原2-羟基苯乙酮得到(R)-苯基乙二醇,产物光学纯度为95.5% e.e,产率为92.6%。     

水/有机溶剂两相体系微生物催化不对称还原制备(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯

研究了水/有机溶剂两相体系中,出芽短梗霉SW0202细胞催化4-氯乙酰乙酸乙酯(COBE)不对称还原制备(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯(CHBE)的过程.有机溶剂的选择表明邻苯二甲酸二丁酯为该反应最适有机溶剂,与单一水相体系相比,水/邻苯二甲酸二丁酯两相体系能明显改善反应效率.通过系统考察一些因素如相体积比、振摇速度、反应温度和pH等对反应速度、摩尔转化率和产物光学纯度的影响发现,这些因素对还原反应的初速度和摩尔转化率有较明显的影响,而对产物的光学纯度影响不明显.优化后的条件为:水与有机溶剂的相体积比1∶1,振摇速度180 r·min-1,温度30℃,pH 7.0.在该优化反应条件下,水/有机溶剂两相体系中出芽短梗霉SW0202细胞催化COBE生成(S)-CHBE不对称还原反应的最大摩尔转化率和产物的光学纯度分别达到了94.8%和97.9%e.e.,在用Na2CO3溶液控制水相pH 7.0条件下,有机相中的产物浓度积累达58.2 g·L-1.     

一种新的手性氨基醚配体的合成与表征

利用生产氯霉素的副产物（＋）-（1S，2S）-1-（对硝基苯基）-2-氨基-1，3-丙二醇，经过4步反应合成了一种新的手性氨基醚催化剂——（＋）-（4S，5S）-5-（N-甲基-N-邻甲氧苄基）氨基-2，2-二甲基-4-对硝基苯基-1，3-二嗯烷，其结构经IR、^1HNMR、^13CNMR、HRMS确证。     

兰花根状茎催化手性还原反应及磁处理水对反应的影响

以组培兰花根状茎作为生物催化剂,以对硝基苯乙酮作为底物,生成了具有光学活性的手性芳香醇(S)-1-(4-硝基苯基)乙醇,反应收率61％,e.e.值93％.以0.8T磁感应强度的磁处理水作为反应的水相介质对此不对称还原反应有较好的促进作用,使收率提高至87％,但对产物构型和e.e.值没有显著影响.