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ChemCatChem：以乙醇醛和甲醛為底物，通過酶法催化合成甘油

  • 分類：行業動態
  • 發布時間：2024-10-12 12:50
  • 訪問量：

【概要描述】甘油是一種簡單的多元醇，可以通過丙烯合成、油的水解、酵母發酵等方法生成，可用於(yu) 合成藥品、化妝品、食品、防凍劑等。

ChemCatChem：以乙醇醛和甲醛為底物，通過酶法催化合成甘油

【概要描述】甘油是一種簡單的多元醇，可以通過丙烯合成、油的水解、酵母發酵等方法生成，可用於(yu) 合成藥品、化妝品、食品、防凍劑等。

  • 分類：行業動態
  • 發布時間：2024-10-12 12:50
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詳情

甘油是一種簡單的多元醇，可以通過丙烯合成、油的水解、酵母發酵等方法生成，可用於(yu) 合成藥品、化妝品、食品、防凍劑等。與(yu) 上述方法不同，本文介紹了一種以果糖-6-磷酸醛縮酶(FSA)和醛還原酶(ALR)為(wei) 催化劑，利用甲醛（FALD）和乙醇醛（GALD）生成甘油的新方法，如圖1所示：

圖1. 生成甘油的反應式
果糖-6-磷酸醛縮酶(FSA)能夠合成C-C鍵，尤其是來自於大腸杆菌的EcFSA，能夠合成多種亞胺糖或其它多羥基的化合物。以FALD和GALD為底物，通過EcFSA催化能夠得到兩種產物，分別為D-蘇糖或L-甘油醛。當反應的受體和供體均為GALD時，產物是D-蘇糖；當反應的受體和供體分別為FALD和GALD時，產物是L-甘油醛。所以，當反應體係中FALD的量超過GALD時，利用EcFSA催化合成的產物是L-甘油醛。醛還原酶(ALR)的作用是催化L-甘油醛還原生成甘油。具體研究過程如下：

①以FALD和GALD為(wei) 底物生成L-甘油醛

能夠以FALD和GALD為底物生成L-甘油醛的FSA是來自於Aeromonas media的AmFSA、Gilliamella picola的GaFSA和Escherichia coli的EcFSA。不同的酶產生甘油醛的最佳反應條件不同，而且不同的酶在最佳反應條件下的動力學參數也不同。通過比較生成L-甘油醛的kcat/Km值，發現GaFSA的kcat/Km值為49.27±2.30 sec-1·M-1，具有較高催化活性。
②L-甘油醛還原酶

本文選用的ALR來自於(yu) Candida tenuis的木糖還原酶(CtXR)和來自Hypocrea jecorina的DL-甘油醛還原酶 (HjGLD)。根據這兩(liang) 個(ge) 酶的最佳反應條件和生成甘油的動力學常數（CtXR的kcat/Km值為(wei) 11659.80±611.63 sec-1·M-1；HjGLD的kcat/Km值為(wei) 7519.82±409.17 sec-1·M-1），確定在還原L-甘油醛為(wei) 甘油的反應過程中，CtXR的活性比HjGLD高。

本文研究發現L-甘油醛還原酶CtXR和HjGLD在以NADPH為電子供體時表現出的活性高於以NADH為電子供體，這是由於ALR（CtXR和HjGLD）輔酶結合區域中的保守氨基酸殘基與NADPH的2'-磷酸基團形成了氫鍵，如圖2所示。形成的氫鍵不僅使得底物與酶的結合更加穩定，酶與底物的結合速度也變得更快。
圖2. CtXR和HjGLD與NADPH結合的結構對比
③以FALD和GALD為底物，利用酶GaFSA和CtXR生成甘油

利用酶GaFSA和CtXR一鍋法製備甘油能夠產(chan) 生6.3 mM的甘油，而利用兩(liang) 步法卻能生成8.8mM的甘油。本文推測的原因有兩(liang) 個(ge) ：第一個(ge) 原因是CtXR和GaFSA的最佳反應條件不同，具體(ti) 如表1所示，特別是一鍋法中的pH值會(hui) 影響產(chan) 物的生成量；第二個(ge) 原因是底物FALD和GALD對CtXR具有毒性，如圖3所示。

表1. CtXR和GaFSA的最佳反應條件

圖3. FALD和GALD對GaFSA (A)和CtXR (B)活性的影響

④總結與展望
以GALD和FALD為底物，通過GaFSA和CtXR兩步法能夠合成8.8 mM的甘油，該生物催化反應的轉化率僅有35%。如果想提高轉化率同時降低副產物（D-蘇糖）的量，采用以下策略：①對GaFSA工程改造來提升L-甘油醛的產量；② FALD的投加濃度要高於GALD；③利用其他酶催化FALD生成GALD，實現直接以FALD為底物生成甘油；④提高CtXR對FALD和GALD的耐受性。
 
文章來源：http://doi.org/10.1002/cctc.202400188
 
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