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.     

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...     

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80.4 μmol/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.     

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%.     

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.     

基于纤维素的固体酸催化剂的制备及其催化高酸值废油脂生产生物柴油

以廉价的纤维素为原料,经不完全炭化和磺化制得含高密度(1.69 mmol/g) SO3H基团的固体酸催化剂Cellulose-SO3H.结果表明,该催化剂适宜的制备条件为:在400℃炭化15h,再在150℃磺化15h.所得催化剂在油酸与甲醇的酯化反应中表现出明显高于其它几种典型固体酸催化剂(铌酸,Amberlyst- ...     

酸性离子液体催化油酸酯化合成生物柴油简

酸性离子液体具有催化活性好、选择性高及易于回收等优点,是一种应用前景非常好的环境友好的酸性催化剂,在生物柴油合成反应中具有重大的理论意义和应用价值. 本文以油酸和甲醇为原料,探讨了7种不同酸性离子液体在生物柴油合成反应中的催化效应. 研究表明,离子液体酸性越强,催化酯化活性越高;引入磺酸基团可大大增强离子液体Brönsted酸性,使其在酯化反应中发挥溶剂/催化剂的双重作用,促进酯化反应向产物方向进行,达到高产率,因而1-丁基磺酸-3-甲基咪唑硫酸氢盐（[BHSO₃MIM]HSO₄）催化效果最好. 此外,系统研究了[BHSO₃MIM]HSO₄催化油酸与甲醇酯化反应,并采用响应面法优化了反应条件. 结果发现,该反应的最适醇酸摩尔比、催化剂用量、反应温度及反应时间分别为4：1,10%（基于油酸的质量）,130 ℃和4 h;在此条件下,生物柴油产率为97.7%. [BHSO₃MIM]HSO₄连续使用10批次后,仍能保持初始催化活性的95.6%,表现出极好的操作稳定性. 另外,利用该离子液体催化游离脂肪酸含量为72%的废油脂生产生物柴油,反应6 h可获得产率94.9%. 可见,[BHSO₃MIM]HSO₄在酯化生产生物柴油方面具有巨大的应用潜力.     

纳米载体固定化酶的最新研究进展

催化剂是化学工业的重要基础,其中酶是重要的高效天然催化剂。近年来,酶被越来越多地应用于工业领域,如精细化工、食品工业、制药工业、纺织业和制浆造纸。然而,由于游离酶存在价格昂贵及操作稳定性(特别是回收与重复使用性能)低等缺点,其在工业上的进一步应用受到一定限制。对酶进行固定化是解决上述问题的有效途径。一个理想的酶固定化技术需要载体具有良好的生物相容性和高比表面积,能够负载适量的酶并且具有很好的重复使用性能,固定化酶的过程简单温和,所得到的固定化酶制剂具有良好的催化性能、稳定性以及工业应用价值。尽管固定化酶技术经过了多年的发展,但仍需进一步研究。近几年,人们研究了基于纤维素纳米晶类、聚多巴胺类纳米载体以及生物相容性合成有机物纳米胶等新型载体对酶的固定化,取得了较好的成果。本文综述了这些新型纳米载体的制备以及酶的固定化过程,阐述了纳米载体固定化酶的结构和催化性能,并展望了发展前景。纤维素是全球产量最高、来源最广的生物聚合物。纤维素经过一定的酸(常用硫酸和盐酸)水解处理后,剩下的是具有高结晶度的纤维素纳米晶。它具有高比表面积、高机械强度和高长径比等优异性能。因此,研究者利用纤维素纳米晶作为载体进行酶固定化,获得了高负载量、高催化性能的固定化酶制剂。基于仿生矿化法制备的聚多巴胺类材料近年来获得研究者越来越多的关注。多巴胺具有良好的自聚合能力,可以对无机、有机等各种材料进行表面修饰。同时,聚多巴胺中含有的活性官能团可以与酶发生交联,从而达到固定化酶的效果。基于合成性聚合物纳米胶载体的固定化酶技术同样是一个新兴的、有意义的研究领域。相关的固定化过程可分为两大类：(1)在酶分子表面通过原位聚合生成纳米胶(growing-from过程);(2)将酶与预先合成的纳米胶进行交联(grafting-to过程)。其中, growing-from过程是先将酶分子丙烯酰化,再进行原位聚合。而原位聚合又可分为自由基聚合、原子转移自由基聚合(ATRP)和可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)。其中, ATRP和 RAFT主要用于制备环境响应型的酶-聚合物纳米凝胶。     

基于聚多巴胺的磁性纳米生物催化剂高效催化二氢杨梅素酰化

脂肪酶是一种三酰基甘油水解酶,目前广泛用于油脂化学、食品、有机合成和生物医药等领域.但是,游离脂肪酶在有机反应体系中容易失活,难以从反应体系中回收,导致其循环利用困难和生产成本增加.因此,需要对游离脂肪酶进行固定化,提高酶的稳定性和重复使用性,使其能够大规模用于工业生产.
　　磁性四氧化三铁纳米粒子(MNPs)具有其超顺磁性和大比表面积等性质,但MNPs需表面修饰才能进一步应用.近年来,仿生矿化法制备的聚多巴胺纳米材料受到人们关注.在仿生矿化过程中,单体多巴胺经自聚合作用后形成聚多巴胺,该反应活性高,能对各类有机和无机纳米材料进行表面修饰.而且,聚多巴胺表层中的活性基团能与含有氨基和巯基的生物大分子发生迈克尔加成或席夫碱反应,从而将生物大分子固定在材料表面.
　　本文利用聚多巴胺表面修饰MNPs,对所得聚多巴胺表面修饰的四氧化三铁纳米粒子(PD-MNPs)进行了结构表征.结果表明, PD-MNPs尺寸在14 nm左右.同时,成功将黑曲霉脂肪酶(ANL)固定在PD-MNPs上,结果显示在pH=8、固定化时间为12 h条件下,酶负载量为138 mg/g,酶活回收率达到83.6%,而且固定化酶的pH稳定性及热稳定性、储藏稳定性都优于游离酶.动力学研究表明,固定化酶Km值(63.2 mmol/L)低于游离酶(74.5 mmol/L),固定化酶的底物亲和性增强.进一步研究了固定化酶和游离酶在乙腈、二甲基亚砜、乙醇和[HMIm]BF4这四种溶剂中的溶剂耐受性,结果显示固定化酶的耐受性均强于游离酶.采用红外光谱对游离酶和固定化酶二级结构的分析表明,游离黑曲霉脂肪酶经固定化后,α-螺旋和β-折叠含量分别增加了0.84%和2.74%,使得固定化后α-螺旋和β-折叠中存在的氢键能够更好地保持酶结构刚性,避免因结构改变而引起酶失活,增强了固定化酶在溶剂中的耐受性.
　　二氢杨梅素是一种具有类黄酮结构的天然产物,具有抗氧化、抗菌、抗肿瘤和保护肝脏等作用,但其脂溶性很差,很难透过细胞膜被人体吸收.本课题组曾首次以乙酸乙烯酯为酰基供体,采用游离脂肪酶生物催化方法成功将二氢杨梅素酰化.本文考察了PD-MNPs固定化脂肪酶在二氢杨梅素酰化反应中的应用.结果表明,与游离酶相比,固定化酶在反应介质二甲基亚砜中的耐受性更强,反应48 h后其催化二氢杨梅素酰化的转化率接近80%,明显好于游离酶(69%).固定化酶催化二氢杨梅素酰化的最适底物摩尔比、温度和酶量分别为10：1(乙酸乙烯酯：二氢杨梅素)、45oC,和40 U.此外,固定化酶在外界磁场作用下能迅速从反应混合物中分离,从而可回收利用,在重复使用10次后,其活性仍保持在初始活性的55%以上,具有良好的工业应用前景.     

环氧化物水解酶的研究进展

环氧化物水解酶可高效率、高选择性地水解环氧化物成手性邻二醇,对光学活性的邻二醇的合成和光学活性的环氧化物的制备具有重要意义. 文章阐述了环氧化物水解酶的作用、来源、结构及其催化机制,进一步综述了环氧化物水解酶催化环氧化物水解、环氧化物水解酶的克隆表达等研究进展.