关键词:
老黄酶
不对称合成
一步纯化固定化
多酶级联
手性化合物
摘要:
老黄酶是一类可催化ɑ,β位不饱和醛、酮、酯、腈和硝基化合物及其衍生物发生不对称氢化反应的NAD(P)H依赖性氧化还原酶,由于其催化C=C键的还原反应可产生两个手性中心,被广泛用于精细化学品和药物的生产中。这类酶的大规模应用往往受限于昂贵的辅酶NAD(P)H,通过与葡萄糖脱氢酶偶联可实现辅酶的再生。本文基于老黄酶构建了辅酶再生体系及多酶级联催化体系,分别催化烯酮不对称还原合成(3S)-3-甲基环己酮和反式(1S,3S)-3-甲基环己醇。同时,为解决游离酶稳定性差、难以重复使用等问题,将固定化酶技术应用于酶的生物体外转化,结合IMAC技术对制备的二氧化硅纳米花(SiO)进行Ni-NTA修饰,通过His-tag与Ni之间的亲和作用实现对带有His-tag酶的一步分离纯化及固定化。主要研究内容如下:(1)从基因库中获得来源于Saccharomyces pastorianus的老黄酶(Old yellow enzyme 1,OYE1)的基因序列,以p ET-28b(+)为表达载体,*** BL21(DE3)为表达宿主构建了基因重组菌株,并分别验证了重组质粒的成功构建和目的蛋白的可溶性表达。对发酵条件进行了优化,按1%的接种量将重组菌株接种于含卡那霉素(终浓度为50μg/m L)的LB液体培养基中,37℃下培养,菌液浓度OD达到0.6时,加入终浓度为0.4 m M的诱导剂异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG),诱导18 h,此时OYE1的酶活达到最高462.68 U/g。进一步对含OYE1的发酵液进行分离纯化,探究了OYE1的酶学性质,其最适温度为35℃,最适p H为9.5。(2)制备了形貌及粒径均一的SiO纳米花,并对其进行Ni-NTA功能化,获得功能化固定化酶载体Ni-NTA@SiO。SDS-PAGE实验表明Ni-NTA@SiO对带有His-tag的目的蛋白OYE1和GDH具有良好的选择性。随后,将固定化酶(OYE1&GDH@Ni-NTA@SiO)用于催化3-甲基-2-环己烯-1-酮的不对称氢化反应,在p H为7.5的磷酸盐缓冲液中,加入终浓度分别为0.2 m M的NADP,20 m M的葡萄糖及初始浓度为10 m M的底物,30℃下反应24 h,3-甲基-2-环己烯-1-酮的转化率及选择性均>99%。此外,OYE1&GDH@Ni-NTA@SiO较游离酶展现出更好的热稳定性、p H稳定性、储存稳定性及重复使用性。OYE1&GDH@Ni-NTA@SiO重复使用7次后,3-甲基-2-环己烯-1-酮的转化率仍能保持在46.02%。(3)开发了多酶一锅级联催化体系,利用老黄酶和醇脱氢酶(ADH-A)级联催化3-甲基-2-环己烯-1-酮转化为高附加值的手性醇类化合物,并偶联GDH实现辅酶(NADPH和NADH)的原位再生。在“一锅”反应中,生物催化剂OYE1&ADH-A&GDH@Ni-NTA@SiO催化3-甲基-2-环己烯-1-酮不对称还原为反式(1S,3S)-3-甲基环己醇,优化固定化条件及反应条件后,反式(1S,3S)-3-甲基环己醇的产率可高达92.37%(ee>99%)。较游离酶而言,OYE1&ADH-A&GDH@Ni-NTA@SiO提升了酶的热稳定性、p H稳定性、储存稳定性及重复使用性。在连续5次循环使用后,反式(1S,3S)-3-甲基环己醇的产率仍保持在45.27%,且展现出高的立体选择性(ee>99%)。此外,进一步证实了生物催化剂OYE1&ADH-A&GDH@Ni-NTA@SiO对环状、链状及芳香族烯酮类化合物均具有良好的催化性能。