酶法催化二氧化碳制备高附加值化学品研究进展

现代工业的发展不断消耗煤、石油、天然气等碳化石燃料，并产生了大量的温室气体CO₂，使人类面临能源和环境的双重挑战，开发绿色能源、控制CO₂对环境的影响迫在眉睫.CO₂是一种廉价的碳源，可通过化学法、光化学法、电化学法或酶法等转化为高附加值含碳化学品，实现CO₂的资源化循环利用，是解决全球碳排放所带来的能源和环境危机的双赢策略.受CO₂胞内天然生物转化的启发，酶法为CO₂的循环利用带来了新的机遇，相比于传统的化学及光、电化学法，可表现出绿色、高效、温和、高选择性等优点，有望为CO₂高值化利用带来新的契机.有鉴于此，本文从胞内CO₂生物转化机理出发，综述了国内外近年来多种单酶及多酶级联催化CO₂高值化利用的最新研究进展，并交叉论述了固定化酶催化体系的构建、酶定向进化和改造、酶催化过程调控等内容，总结了酶法转化目前存在的缺陷和不足，并提出了展望，以期为酶法催化CO₂高值化利用提供一定的参考和借鉴.     

离子液体对马肝醇脱氢酶催化特性的影响

本文研究了马肝醇脱氢酶（HLADH）在含6种离子液体（BMIm•Cl、BMIm•Br、BMIm•PF₆、BMIm•BF₄、BMIm•OTf和EMIm•Cl）反应体系中的催化特性。在含适当浓度离子液体BMIm•Cl、BMIm•Br、BMIm•PF₆和EMIm•Cl的体系中，HLADH催化乙醇氧化的活性高于不含离子液体的反应体系，但过高浓度离子液体的存在使HLADH的活性明显下降。在含BMIm•BF₄和BMIm•OTf的体系中，离子液体的存在均显著抑制HLADH的活性。离子液体分子中阴离子对HLADH的活性、动力学参数和活化能等均有明显影响。离子液体BMIm•Cl、BMIm•Br、BMIm•PF₆和EMIm•Cl的存在可以提高HLADH的热稳定性，而BMIm•BF₄和BMIm•OTf的存在则相反。此外，通过二阶紫外导数光谱对HLADH在含离子液体体系中构象的变化进行了研究。     

Effect of Ionic Liquids on Catalytic Characteristics of Horse Liver Alcohol Dehydrogenase

The catalytic characteristics of horse liver alcohol dehydrogenase （HLADH） in the systems involving ionic liquids （ILs） （BMIm·Cl, BMIm·Br, BMIm·PF6, BMIm·BF4 BMIm·OTf and EMIm·Cl） were examined. HLADH displayed higher oxidation activity towards ethanol in the systems containing BMIm·Cl, BMIm·Br, EMIm·Cl or BMIm·PF6 with proper content than that in the IL-free buffer. An excessive amount of these ILs in the reaction systems resulted in an obvious decline in enzymatic activity. BMIm·BF4 and BMIm·OTf of any content investigated could considerably inhibit the enzyme. The anions of ILs showed significant effect on the activity, kinetic parameters and activation energy of HLADH-mediated ethanol oxidation. Additionally, BMIm·Cl, BMIm·Br, EMIm·Cl and BMIm·PF6 boosted markedly the thermostability of HLADH, while the enzyme was less thermostable in BMIm·BF4 or BMIm·OTf-containing systems. The associated conformational changes in HLADH caused by ILs were examined by UV technique.     

近平滑假丝酵母细胞催化乙酰基三甲基硅烷不对称还原反应

 采用近平滑假丝酵母细胞用于催化乙酰基三甲基硅烷不对称还原反应, 可高选择性地生成 (R)-1-三甲基硅乙醇. 结果表明, 固定化于海藻酸钙的细胞催化该反应的产物收率比游离细胞的高. 不同辅底物对该反应的影响显著, 以葡萄糖为辅底物时, 反应的初速率较快, 产物收率较高. 该反应的最适条件为: 辅底物 (葡萄糖) 浓度 110 mmol/L, 振荡速度 180 r/min, 缓冲液 pH 值 6.0, 反应温度 30 oC, 底物浓度 20 mmol/L. 在此反应条件下反应的初速率、产物收率和产物的 ee 值分别为 11.4 μmol/h, 96.5% 和 99.9%.     

有机溶剂/缓冲液双相体系中固定化Acetobacter sp.CCTCC M209061细胞催化1-(4-甲氧基)-苯基乙醇不对称氧化反应

在有机溶剂/缓冲液双相体系中,利用固定化醋酸杆菌Acetobacter sp.CCTCC M209061细胞高对映体选择性地催化1-(4-甲氧基)-苯基乙醇(MOPE)的不对称氧化反应,成功地拆分外消旋MOPE得到对映体纯(S)-MOPE.与游离细胞相比,固定化细胞催化反应速度有所降低,但其稳定性(包括操作稳定性、热稳定性和储藏稳定性)明显提高.固定化细胞连续使用10批次(每批次12 h)后,仍能保留其初始催化活性的58%以上,而游离细胞仅保留约20%的相对活性.在所考察的不同有机溶剂中,正己烷不仅能较好地溶解底物,而且对细胞的生物相容性相对较好,因而提高了反应底物浓度、反应初速度、对映体回收率及残留底物e.e.值,是反应体系中最适宜的有机相.该反应的最适宜正己烷体积分数为60%,辅底物为50 mmol/L丙酮,底物浓度为40 mmol/L,缓冲液pH=6.5,反应温度为30℃;在此条件下,反应初速度为80.4μmol/min,反应12 h后,对映体回收率和残留底物e.e.值分别为51.0%和99.9%,明显好于水单相反应体系.     

不同反应体系中(S)-1-(4-甲氧基)-苯基乙醇的不对称生物合成

在不同反应体系中,研究了固定化红酵母细胞催化对甲氧基苯乙酮不对称还原合成(S)-1-(4-甲氧基)-苯基乙醇的反应.结果表明,在含离子液体的混合反应体系和双相反应体系中,该不对称还原反应的效率得到了不同程度的提高.此外,离子液体中阴阳离子类型对该反应的影响较大,特定阴阳离子间的匹配对同定化红酵母细胞发挥最佳催化效果至关...     

脂肪酶催化外消旋对羟基苯甘氨酸甲酯水解制备对映体纯D-对羟基苯甘氨酸的新方法

 基于在反应体系中添加碳酸氢铵可有效地促进酶促外消旋对羟基苯甘氨酸甲酯不对称水解这一有趣现象的发现,探讨了利用有机介质中酶促外消旋对羟基苯甘氨酸甲酯不对称水解制备对映体纯D-对羟基苯甘氨酸及其衍生物的可能性,研究了不同来源的酶、摇床转速、水含量、对羟基苯甘氨酸甲酯浓度、反应介质及温度等因素对该反应的影响. 结果表明,在所研究的11种酶中脂肪酶Novozym 435对该反应的催化活性和对映体选择性较高,叔丁醇为最合适的反应介质,最适水含量为0.4%(V/V),对羟基苯甘氨酸甲酯的适宜浓度为20 mmol/L,最适摇床转速和反应温度分别为130 r/min和30 ℃. 在此优化条件下反应26 h后,底物转化率和产物ee分别为39.8%和95.2%.     

来源于类芽孢杆菌属新型耐有机溶剂脂肪酶的克隆、表达与性质研究（英文）

脂肪酶(EC 3.1.1.3)全称为三酰基甘油水解酶,是一类能够将长链脂肪酸甘油酯水解成脂肪酸和二甘酯、单甘酯或甘油的酯键水解酶.它除了能够水解脂肪外,还具有催化酯化反应、酯交换反应、酸解反应、醇解反应以及氨解等反应的性质.在脂肪酶催化的反应中,通常用有机溶剂代替水.有机溶剂可以转移合成反应的平衡方向,通过溶剂工程修饰酶的选择性能够提高底物的溶解度、有机相产物的回收率、酶的热稳定性.但有机溶剂对酶活性和稳定性有不同程度的影响.因此,寻找在有机溶剂中表现出高活性和稳定性的脂肪酶是一个亟待解决的重要课题.由于微生物种类多、作用底物专一性强,且微生物来源的脂肪酶一般分泌到胞外,因此微生物脂肪酶是工业用脂肪酶的重要来源.目前,微生物脂肪酶的研究主要集中于根霉属(Rhizopus)、曲霉属(Aspergillus)、青霉属(Penicillium)、毛霉属(Mucor)、地霉属(Geotrichum)、假丝酵母属(Candida)、假单胞菌属(Pseudomonas)、伯克霍尔德菌属(Burkholderia)等具有工业应用价值的菌株.很少有类芽孢杆菌属所产脂肪酶进行相关酶学性质的研究.我们以Paenibacillus pasadenensis CS0611为出发菌株,在全基因序列草图中得到了一个新型脂肪酶基因lp2252.以Paenibacillus pasadenensis CS0611基因组为模板,设计特异性引物对目标序列进行扩增,并成功将其插入到表达载体p ET-28a中得到含有目的基因的重组质粒.在E.coli BL21(DE3)中,脂肪酶lp2252经0.1mmol/L的IPTG诱导后在20°C实现了高水平表达.重组脂肪酶的活性约为野生型的1631倍.用镍离子亲和层析柱快速、高效地纯化了两端带有组氨酸标签的重组脂肪酶,回收率为63.5%,纯化因子为10.78.纯化后的脂肪酶最适温度为50°C,在20-40°C范围内具有良好的稳定性.最适pH值为7,属于中性脂肪酶,同时在pH 3.0-8.0间具有较高稳定性.在金属离子如钙、镁离子和一些非离子表面活性剂的作用下,其活性有所提高.此外,纯化后的脂肪酶可被一系列水溶性有机溶剂激活,例如一些短链醇.而对某些水不溶性有机溶剂,其也具有高度的耐受性.综上所述,本文所涉新型脂肪酶在非水相催化领域具有广泛的应用和前景.     

离子液体的组成及溶剂性质与木瓜蛋白酶催化特性的关系

离子液体的组成及溶剂性质对木瓜蛋白酶催化D,L-对羟基苯甘氨酸甲酯不对称水解反应有重要的影响. 木瓜蛋白酶在含CnMIm·BF4(n=2~6)介质中表现出较高的活性、对映体选择性及稳定性, 而在含有C4MIm·HSO4, C4MIm·Cl, C4MIm·NO3, C4MIm·CH3COO的介质中表现较低的对应值. 在含有CnMIm·BF4(n=2~6)的介质中, 酶活性随离子液体的极性增大而提高, 但在含有C4MIm·HSO4, C4MIm·Cl, C4MIm·NO3, C4MIm·CH3COO的介质中随离子液体的极性增大反而降低. 木瓜蛋白酶的对映体选择性和稳定性均随着离子液体的疏水性增大而提高. 荧光分析结果表明, 离子液体对酶分子构象具有显著的影响. 在CnMIm·BF4(n=2~6)的介质中, 木瓜蛋白酶的最大荧光发射波长(λmax)均蓝移, 而在含有C4MIm·HSO4, C4MIm·Cl, C4MIm·NO3或C4MIm·CH3COO的介质中, λmax均红移. 与CnMIm·BF4(n=2~6)相比, 在C4MIm·HSO4, C4MIm·Cl, C4MIm·NO3或C4MIm·CH3COO中, 酶分子构象的变化较大, 暴露的疏水区域较多.     

非水介质中酶促糖酯合成研究进展

糖酯类化合物广泛存在于自然界,是一类具有重要生理活性的物质,其对于物质的跨膜运输和能量传递,对于生命体内的代谢过程,均具有重要的作用.糖酯作为一种生物功能分子和化工原料具有重要的应用价值.例如,糖酯化合物具有特殊的两亲结构,因此可作为一种非离子型生物表面活性剂.……