环氧化物水解酶稳定性改造及在(R)-环氧氯丙烷制备中的应用

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手性环氧氯丙烷(ECH)是一种重要的C3手性合成子,被广泛应用于β-肾上腺素阻断药物阿替洛尔和噻吗洛尔、阿伐他汀侧链关键中间体(S)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯、减肥药左旋肉碱和麻醉剂巴氯芬等众多手性药物的合成制备过程中。本文首先对环氧化物水解酶进行分子改造,筛选获得了稳定性显著提高的单点突变体IIe108Leu、Asp131Ser以及Thr247Lys并对突变体酶进行了稳定性表征。结果表明,IIe108Leu、Asp131Ser以及Thr247Lys 3个单点突变体半衰期(t1/2)分别为2.84 h、2.05 h、1.93 h,较原始酶分别提高3.94倍、2.85倍和2.68倍;其中单突变体Asp131Ser的T50较原始酶提高了5.1oC。考察了4种突变体酶在甲醇和Triton X-100中的耐受性,结果发现,4株突变体在5%甲醇溶剂中酶活力均大于原始酶,且IIe108Leu、Asp131Ser、Thr247Lys 3个单点突变体t1/2半衰期较原始酶分别提高2.21倍、1.53倍、1.43倍;其中单点突变体IIe108Leu在0.8%Triton X-100中相对活力较原始酶的20.7%提高2.05倍。对有机溶剂/水两相体系中环氧化物水解酶突变体催化拆分环氧氯丙烷反应进行了考察。确定最佳有机溶剂为异辛烷,异辛烷:水体积比为3:7。研究发现,在两相体系内底物浓度为800 mM时(R)-ECH收率高达45.2%。进一步提高底物浓度将产生明显的底物抑制现象,通过菌液补加使得在1 M ECH下,(R)-ECH ee值由不补加时的60%提高到99%;通过底物流加使得底物浓度最高可达1 M以上。在反应体系内产物浓度达到300 mM时,将会产生严重的产物抑制,使得酶活力严重下降。对固定化重组环氧化物水解酶催化合成(R)-环氧氯丙烷反应进行了考察。从10种不同固定化细胞/酶中筛选出PEI-GA交联法,发现聚乙烯亚胺浓度为3%(v/v),戊二醛浓度为1%(v/v),硅藻土最适添加量为0.6%(m/v)时固定化效果最佳,酶活回收率达88.4%。固定化细胞在pH为8.0,温度为40oC时表现出最大催化活力。考察了固定化细胞的操作稳定性,经PEI-GA交联的固定化细胞在循环10次后仍保留初始活力的90%,(R)-ECH的ee值均能达到99%。利用固定化细胞催化拆分rac-ECH,(R)-ECH收率为37%,ee>99%。
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