CN112592940A - 一种n-笏甲氧羰基-葵烷基乙醛的生物酶合成方法 - Google Patents

一种n-笏甲氧羰基-葵烷基乙醛的生物酶合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于有机化学合成领域,具体涉及一种N‑笏甲氧羰基‑葵烷基乙醛的生物酶合成方法,采用的生物酶为苹果酸脱氢酶突变体,具有SEQ ID NO:1所示的氨基酸序列,利用定向酶突变技术得到的苹果酸脱氢酶突变体将伯醇氧化成醛。得到N‑笏甲氧羰基‑葵烷基乙醛转化率为85.01%。与未突变野生型的硝基还原酶相比具有更高的反应效率和转化率。采用生物酶合成法替代传统的纯化学合称法有效的降低了三废的排放,符合绿色化学趋势。

Description

一种N-笏甲氧羰基-葵烷基乙醛的生物酶合成方法
技术领域
本发明属于有机化学合成领域,具体涉及一种N-笏甲氧羰基-葵烷基乙醛的生物酶合成方法。
背景技术
对于伯醇氧化成醛通常采用DMSO和草酰氯氧化(Swern Oxidation)、Jones氧化、Collins氧化、PCC氧化或者用Dess-Martin试剂氧化、活性MnO2氧化等等,以上反应类型所用到的试剂通常都是高污染、高危险和高成本的,且后处理工艺复杂,所产生的三废较多,与当前提倡的绿色环保相差较远,如何改善这些问题,成为科学家们研究的关注的重点。N-笏甲氧羰基-葵烷基乙醛是一种重要的万古霉素型抗生素中间体,可以用于合成多种抗生素药物,以往通常利用N-笏甲氧羰基-葵烷基乙醇为原料,采用化学法,用DMSO和草酰氯作为氧化剂,二氯甲烷为溶剂,在-40~-25℃的条件下来合成,操作工艺十分苛刻,且有一定的安全隐患,而且后处理十分复杂,废水的COD非常高且难以处理,而且总收率只有50~55%。随着环保政策的日趋严格,常规化学法合成N-笏甲氧羰基-葵烷基乙醛已经不适用,因此寻找绿色环保,成本低廉,操作简单的合成方法成为一种必然的发展趋势。
苹果酸脱氢酶(英语:Malate dehydrogenase,EC 1.1.1.37)是一种在三羧酸循环中催化L-苹果酸转变为草酰乙酸(使用NAD+)的酶。苹果酸脱氢酶不应与苹果酸酶相混淆,后者催化苹果酸变为丙酮酸,产生的是NADP+。
酶定点突变是指通过聚合酶链式反应(PCR)等方法向目的DNA片段(可以是基因组,也可以是质粒)中引入所需变化(通常是表征有利方向的变化),包括碱基的添加、删除、点突变等。定点突变能迅速、高效的提高DNA所表达的目的蛋白的性状及表征,是基因研究工作中一种非常有用的手段。通过定点突变技术可以获得突变后的生物酶,突变后的生物酶可以提高反应的催化活性。
发明内容
基于背景技术中提到的问题,本发明拟公开一种N-笏甲氧羰基-葵烷基乙醛的生物酶合成方法,利用定向酶突变技术得到的硝基还原酶突变体,本发明是通过以下技术方案实现的:
Figure BDA0002838622970000021
一种N-笏甲氧羰基-葵烷基乙醛的生物酶合成方法,制备方法包括以下步骤:
(1)将N-笏甲氧羰基-葵烷基乙醇溶于乙酸丁酯中,随后在加入磷酸缓冲液;
(2)搅拌均匀后加入苹果酸脱氢酶突变体,控制温度在20~25℃搅拌3h,待HPLC检测原料小于0.50%后停止反应,静置分层;
(3)收集上层有机相,分别用饱和NaHCO3水溶液洗涤至中性后,再用无水Na2SO4干燥后,过滤,蒸干溶剂得白色粗品,再用石油醚或正庚烷重结晶,干燥后得白色结晶性粉末。
所述生物酶为苹果酸脱氢酶突变体,所述酶突变体为R276A、D301Q具有SEQ IDNO:1所示的氨基酸序列。
制备方法具体为:
(1)将0.10molN-笏甲氧羰基-葵烷基乙醇溶于200ml乙酸丁酯中,随后在加入300ml pH为5.20-5.50的磷酸缓冲液;
(2)搅拌均匀后加入1.20g苹果酸脱氢酶突变体,控制温度在20~25℃搅拌3h,待HPLC检测原料小于0.50%后停止反应,静置分层;
(3)收集上层有机相,分别用饱和NaHCO3水溶液洗涤至中性后,再用无水Na2SO4干燥后,过滤,蒸干溶剂得白色粗品,再用石油醚或正庚烷重结晶,干燥后得白色结晶性粉末。
所述的苹果酸脱氢酶突变体在合成N-笏甲氧羰基-葵烷基乙醛的应用。
本发明的有益效果
(1)采用生物酶合成法替代传统的纯化学合称法有效的降低了三废的排放,符合绿色化学趋势。
(2)与传统的化学合成方法相比有高达转化率为85.01%的转化率,传统的化学合成法在50%左右。
具体实施方式
以下实施例及其说明用于解释本发明,但并不构成对本发明的不当限定。
本申请中下述实施例中所使用的方法如无特殊说明均为常规方法,如《分子克隆实验指南》(J.萨姆布鲁克,D.W.拉塞尔著,黄培堂,汪嘉玺,朱厚础,等译。第3版,北京:科学出版社,2002)中所述的方法进行。同时,本发明中的氨基酸无特别说明外均用其缩写或代号标明。
实施例1
SEQ ID NO:1苹果酸脱氢酶突变体的制备:
(1)利用NCBI数据库和BLAST软件比对筛选,获得野生型苹果酸脱氢酶基因碱基序列,氨基酸序列SEQ ID NO:2所示。
(2)异源表达后,试验筛选功能表达基因.
(3)利用易错PCR,随机突变,获得突变文库
以重组表达载体PET-28a(+)-BS为DNA模板,通过易错PCR的方法构建一个随机突变体文库,并通过调整易错PCR反应体系中Mg2+和Mn2+浓度以及dCTP和dTTP寡核苷酸浓度,使该突变体文库的碱基错配率为千分之十,即保证一个突变体有2到6个氨基酸发生突变,构建突变体文库的具体过程如下。易错PCR反应体系和条件:
易错PCR反应体系:
Figure BDA0002838622970000041
Figure BDA0002838622970000051
易错PCR反应条件是:先93℃预变性10min;然后94℃变性60s,50℃退火1min,72℃1.5min,共30个循环;最后72℃延伸10min。
将上述得到的易错PCR产物切胶回收纯化,与原核表达载体pET28a(+)连接后转化重组基因工程菌,即得到一个库容量大的突变体文库。
A:第一轮突变
从上述突变子文库中筛选了约20000个克隆,得到10个数值变化明显的突变子。接着对这10个突变子进行摇瓶筛选。具体过程为:将这10个突变子接种于含100mlLB培养基的500ml摇瓶中进行发酵及诱导,并通过HPLC法测定活力,得到1个比对照酶活力高4倍的突变子,命名为SEQ ID NO:1,经过测序结果显示其在276位R突变为了A、301位由D突变为Q。
实施例2
将苹果酸脱氢酶突变体进行催化反应:
(1)将0.10molN-笏甲氧羰基-葵烷基乙醇溶于200ml乙酸丁酯中,随后在加入300ml pH为5.20-5.50的磷酸缓冲液;
(2)搅拌均匀后加入1.20g苹果酸脱氢酶突变体,控制温度在20~25℃搅拌3h,待HPLC检测原料小于0.50%后停止反应,静置分层;
(3)收集上层有机相,分别用饱和NaHCO3水溶液洗涤至中性后,再用无水Na2SO4干燥后,过滤,蒸干溶剂得白色粗品,再用石油醚或正庚烷重结晶,干燥后得白色结晶性粉末35.83g,HPLC检测纯度为99.12%,转化率为85.01%。
对比例1
本对比例添加未经过突变的苹果酸脱氢酶。其制备方法同实施例2。得到N-笏甲氧羰基-葵烷基乙醛20.31g;转化率48.2%。
对比例2
本对比例采用常规的草酰氯氧化:N-笏甲氧羰基-葵烷基乙醛16.83g;转化率73%。
序列表
<110> 江西邦泰绿色生物合成生态产业园发展有限公司
<120> 一种N-笏甲氧羰基-葵烷基乙醛的生物酶合成方法
<160> 2
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 312
<212> PRT
<213> 大肠杆菌(Escherichia coli)
<400> 1
Met Lys Val Ala Val Leu Gly Ala Ala Gly Gly Ile Gly Gln Ala Leu
1 5 10 15
Ala Leu Leu Leu Lys Thr Gln Leu Pro Ser Gly Ser Glu Leu Ser Leu
20 25 30
Tyr Asp Ile Ala Pro Val Thr Pro Gly Val Ala Val Asp Leu Ser His
35 40 45
Ile Pro Thr Ala Val Lys Ile Lys Gly Phe Ser Gly Glu Asp Ala Thr
50 55 60
Pro Ala Leu Glu Gly Ala Asp Val Val Leu Ile Ser Ala Gly Val Ala
65 70 75 80
Arg Lys Pro Gly Met Asp Arg Ser Asp Leu Phe Asn Val Asn Ala Gly
85 90 95
Ile Val Lys Asn Leu Val Gln Gln Val Ala Lys Thr Cys Pro Lys Ala
100 105 110
Cys Ile Gly Ile Ile Thr Asn Pro Val Asn Thr Thr Val Ala Ile Ala
115 120 125
Ala Glu Val Leu Lys Lys Ala Gly Val Tyr Asp Lys Asn Lys Leu Phe
130 135 140
Gly Val Thr Thr Leu Asp Ile Ile Arg Ser Asn Thr Phe Val Ala Glu
145 150 155 160
Leu Lys Gly Lys Gln Pro Gly Glu Val Glu Val Pro Val Ile Gly Gly
165 170 175
His Ser Gly Val Thr Ile Leu Pro Leu Leu Ser Gln Val Pro Gly Val
180 185 190
Ser Phe Thr Glu Gln Glu Val Ala Asp Leu Thr Lys Arg Ile Gln Asn
195 200 205
Ala Gly Thr Glu Val Val Glu Ala Lys Ala Gly Gly Gly Ser Ala Thr
210 215 220
Leu Ser Met Gly Gln Ala Ala Ala Arg Phe Gly Leu Ser Leu Val Arg
225 230 235 240
Ala Leu Gln Gly Glu Gln Gly Val Val Glu Cys Ala Tyr Val Glu Gly
245 250 255
Asp Gly Gln Tyr Ala Arg Phe Phe Ser Gln Pro Leu Leu Leu Gly Lys
260 265 270
Asn Gly Val Glu Glu Ala Lys Ser Ile Gly Thr Leu Ser Ala Phe Glu
275 280 285
Gln Asn Ala Leu Glu Gly Met Leu Gln Thr Leu Lys Lys Asp Ile Ala
290 295 300
Leu Gly Gln Glu Phe Val Asn Lys
305 310
<210> 2
<211> 312
<212> PRT
<213> 大肠杆菌(Escherichia coli)
<400> 2
Met Lys Val Ala Val Leu Gly Ala Ala Gly Gly Ile Gly Gln Ala Leu
1 5 10 15
Ala Leu Leu Leu Lys Thr Gln Leu Pro Ser Gly Ser Glu Leu Ser Leu
20 25 30
Tyr Asp Ile Ala Pro Val Thr Pro Gly Val Ala Val Asp Leu Ser His
35 40 45
Ile Pro Thr Ala Val Lys Ile Lys Gly Phe Ser Gly Glu Asp Ala Thr
50 55 60
Pro Ala Leu Glu Gly Ala Asp Val Val Leu Ile Ser Ala Gly Val Ala
65 70 75 80
Arg Lys Pro Gly Met Asp Arg Ser Asp Leu Phe Asn Val Asn Ala Gly
85 90 95
Ile Val Lys Asn Leu Val Gln Gln Val Ala Lys Thr Cys Pro Lys Ala
100 105 110
Cys Ile Gly Ile Ile Thr Asn Pro Val Asn Thr Thr Val Ala Ile Ala
115 120 125
Ala Glu Val Leu Lys Lys Ala Gly Val Tyr Asp Lys Asn Lys Leu Phe
130 135 140
Gly Val Thr Thr Leu Asp Ile Ile Arg Ser Asn Thr Phe Val Ala Glu
145 150 155 160
Leu Lys Gly Lys Gln Pro Gly Glu Val Glu Val Pro Val Ile Gly Gly
165 170 175
His Ser Gly Val Thr Ile Leu Pro Leu Leu Ser Gln Val Pro Gly Val
180 185 190
Ser Phe Thr Glu Gln Glu Val Ala Asp Leu Thr Lys Arg Ile Gln Asn
195 200 205
Ala Gly Thr Glu Val Val Glu Ala Lys Ala Gly Gly Gly Ser Ala Thr
210 215 220
Leu Ser Met Gly Gln Ala Ala Ala Arg Phe Gly Leu Ser Leu Val Arg
225 230 235 240
Ala Leu Gln Gly Glu Gln Gly Val Val Glu Cys Ala Tyr Val Glu Gly
245 250 255
Asp Gly Gln Tyr Ala Arg Phe Phe Ser Gln Pro Leu Leu Leu Gly Lys
260 265 270
Asn Gly Val Glu Glu Arg Lys Ser Ile Gly Thr Leu Ser Ala Phe Glu
275 280 285
Gln Asn Ala Leu Glu Gly Met Leu Asp Thr Leu Lys Lys Asp Ile Ala
290 295 300
Leu Gly Gln Glu Phe Val Asn Lys
305 310

Claims (4)

1.一种N-笏甲氧羰基-葵烷基乙醛的生物酶合成方法,其特征在于制备方法包括以下步骤:
(1)将N-笏甲氧羰基-葵烷基乙醇溶于乙酸丁酯中,随后在加入磷酸缓冲液;
(2)搅拌均匀后加入苹果酸脱氢酶突变体,控制温度在20~25℃搅拌3h,待HPLC检测原料小于0.50%后停止反应,静置分层;
(3)收集上层有机相,分别用饱和NaHCO3水溶液洗涤至中性后,再用无水Na2SO4干燥后,过滤,蒸干溶剂得白色粗品,再用石油醚或正庚烷重结晶,干燥后得白色结晶性粉末。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于所述生物酶为苹果酸脱氢酶突变体,所述酶突变体为R276A、D301Q具有SEQ ID NO:1所示的氨基酸序列。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于制备方法具体为:
(1)将0.10molN-笏甲氧羰基-葵烷基乙醇溶于200ml乙酸丁酯中,随后在加入300mlpH为5.20-5.50的磷酸缓冲液;
(2)搅拌均匀后加入1.20g苹果酸脱氢酶突变体,控制温度在20~25℃搅拌3h,待HPLC检测原料小于0.50%后停止反应,静置分层;
(3)收集上层有机相,分别用饱和NaHCO3水溶液洗涤至中性后,再用无水Na2SO4干燥后,过滤,蒸干溶剂得白色粗品,再用石油醚或正庚烷重结晶,干燥后得白色结晶性粉末。
4.权利要求2所述的苹果酸脱氢酶突变体在合成N-笏甲氧羰基-葵烷基乙醛的应用。
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