迭代饱和突变提高Bacillus cereus胺脱氢酶对苯乙酮还原的催化效率

基于同源建模建立了Bacillus cereus胺脱氢酶(BcAmDH)的三维结构, 采用半理性设计方法, 对底物结合口袋附近的8个氨基酸残基(L42, G43, M67, A115, E116, T136, V293和V296)分别进行单点饱和突变, 通过显色法筛选出3个正向突变位点(116, 136和293). 进一步采用迭代饱和突变策略对这3个正向位点进行组合突变, 获得最优突变株V293A/E116V/T136S, 其对苯乙酮还原反应的催化效率达到2.54 L·min^-1·mmol^-1, 比BcAmDH提高了719%; 与BcAmDH相比, 最优突变株在催化苯乙酮的不对称还原反应时, 底物浓度由100 mmol/L提高至300 mmol/L, 转化率由42.1%提高至80.2%. 分子对接结果表明, 突变株底物结合口袋的位阻减小和底物进出通道的扩大是提高催化效率的主要原因.     

Fe(Ⅱ)/2-酮戊二酸依赖型双加氧酶重组大肠杆菌全细胞催化合成4-羟基异亮氨酸

以L-异亮氨酸(L-ILe)为底物, 以异源表达Fe(Ⅱ)/2-酮戊二酸依赖型双加氧酶的重组大肠杆菌BL21/pET28a-ido全细胞作为催化剂, 催化合成4-羟基异亮氨酸(4-HIL). 基于重组异亮氨酸双加氧酶(IDO)催化异亮氨酸羟基化的性质和条件, 在摇瓶水平上对辅因子亚铁离子、 α-酮戊二酸(α-KG)及底物浓度进行了单因素优化. 获得的最佳反应条件为2 g/L FeSO₄·7H₂O, 底物与α-KG摩尔比为1∶1, 该条件下反应8 h可生成190 mmol/L 4-HIL. 结合摇瓶水平的最优条件, 在反应器水平上继续对搅拌速度、 菌体浓度等进行优化, 实现了对高底物浓度下催化反应的连续调控. 在50 g/L湿菌体及400 r/min转速下可一次转化合成400 mmol/L 4-HIL, 建立了全细胞催化合成4-羟基异亮氨酸的工艺流程.     

羰基还原酶CR2重组酶体系不对称合成(S)-N,N-二甲基-3-羟基-3-(2-噻吩)-1-丙胺

构建了羰基还原酶CR2重组酶体系,并优化了相关的酶促催化反应条件.通过在催化体系中添加辅酶NADP+(0.1 mmol/L)和辅底物葡萄糖(120 g/L),在30℃及p H=8.0的条件下反应4 h,CR2重组酶体系不对称还原N,N-二甲基-3-酮-3-(2-噻吩)-1-丙胺(DKTP,10 g/L),合成了高光学纯度(S)-N,N-二甲基-3-羟基-3-(2-噻吩)-1-丙胺[(S)-DHTP,e.e.值99.9%],产率为62%.在酶促催化过程中,由于辅酶循环生成葡萄糖酸导致反应体系p H值下降而影响催化效率.通过调控反应体系p H值,(S)-DHTP的产率提高到68%.不同浓度底物的反应过程表明底物对CR2酶促反应具有抑制作用,且在10 g/L底物浓度下反应的时空产率可达1.3 g·L-1·h-1.     

羰基还原酶辅酶结合域位点突变对其不对称催化性能的影响

基于同源模型的比较和分析,发现羰基还原酶SCR1辅酶结合域P124和W125位点对辅酶NADPH的结合形成了一定的空间位阻效应.通过对该位点进行小侧基氨基酸的取代突变,该酶的底物专一性和立体选择性均发生了不同程度的改变,表明该位点是酶与辅酶有效结合的关键位点,而且它与辅酶结合的空间效应进一步影响了底物结合域活性中心对不同构型的底物及其对映体产物的亲和作用.在底物专一性方面,野生型酶对2-羟基苯乙酮和2-溴苯乙酮及其衍生物等底物表现出较高的催化活性,而突变株W125A,W125G,P124A/W125A和P124G/W125G对苯乙酮及其部分衍生物和2-辛酮等底物的催化活性均有所提高.对于酶的立体选择性,部分突变株发生了转化产物对映体构型反转的现象,突变株P124A/W125A和P124G/W125G催化还原2-羟基苯乙酮和4-氯乙酰乙酸乙酯均生成了(R)-型产物.     

亮氨酸脱氢酶催化底物偶联法合成 α-酮异己酸

构建了亮氨酸脱氢酶(LeuDH)催化的底物偶联反应体系, 打破氧化脱氨反应平衡, 同时制得高附加值的α-酮异己酸(α-KIC)和L-2-氨基丁酸, 并实现辅酶NAD⁺的高效循环再生. 基于LeuDH的底物专一性和催化动力学参数, 考察了不同酮酸底物对于底物偶联反应效率的影响, 选择转化率最高的2-丁酮酸作为偶联底物, 使α-KIC产率由单步氧化反应的2.75%提高至66.82%. 通过考察底物浓度、 pH值、 N{\mathrm{H}}_4^{+}浓度和辅酶NAD⁺浓度等反应条件对偶联反应效率的影响, 使α-KIC产率进一步提高至83.25%, 同时辅酶NAD⁺的总转化数(TTN)达到5.88×10⁵. 通过改变底物L-亮氨酸和2-丁酮酸的摩尔比, 能够将α-KIC的产率进一步提高至92.74%.     

木糖辅助底物对近平滑假丝酵母催化(R,S)-苯基乙二醇不对称氧化还原合成(S)-苯基乙二醇体系稳定性的促进作用

通过分析近平滑假丝酵母Candida parapsilosis催化外消旋苯基乙二醇(PED)不对称氧化还原合成(S)-苯基乙二醇的反应过程,结合微生物中糖类的代谢路径研究,建立了一种以木糖为辅助底物的NADPH辅酶再生的方法,提高了该催化系统的稳定性.结果表明,相同条件下反应体系中添加8 g/L的木糖可使(S)-PED产物的对映体过量值(ee)和产率分别提高14%和10%;菌体可重复使用3~4次,而产物ee值保持在98%.考察了木糖对表达羰基还原酶重组大肠杆菌体系催化效果的影响,发现木糖是通过强化(S)-羰基还原酶的催化作用提高了催化系统的稳定性,其原因是在磷酸戊糖途径中再生了氧化还原反应所需的NADPH辅酶.     

一锅法合成去甲基麻黄素

以廉价底物苯甲醛、 丙酮酸和NH₄Cl为原料, 通过级联乙醛羟酸合成酶(ASAHⅠ)催化缩合反应和胺脱氢酶(BbAmDH)催化还原胺化反应, 构建了去甲基麻黄素的生物合成新途径. 通过优化分步法和一锅法的反应条件, 使苯甲醛转化率分别达到99%和83%. 采用一锅法, 利用底物补料策略, 有效解除了ASAHI的底物和产物抑制作用, 批次反应的苯甲醛浓度从40 mmol/L提高到100 mmol/L, 苯甲醛转化率从83%提高到90%, 苯甲醛的时空转化率提高了2.7倍.