CN116804214A - 一种生物酶法合成5’-胞苷酸的方法 - Google Patents

一种生物酶法合成5’-胞苷酸的方法 Download PDF

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杨邵华
邢善涛
吕英杰
张辉
邵春喜
何滨
谷艳昌
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Henan Dingxin Pharmaceutical Technology Co ltd
Henan Provincial Nucleoside Drug Research Institute Co ltd
Xinxiang Pharmaceutical Co ltd
Xinxiang Nucleoside Industry Research Institute Co ltd
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Henan Dingxin Pharmaceutical Technology Co ltd
Henan Provincial Nucleoside Drug Research Institute Co ltd
Xinxiang Pharmaceutical Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种生物酶法合成5’‑胞苷酸的方法,属于生物医药技术领域。以胞苷和乙酰磷酸钾盐为原料,在尿苷‑胞苷激酶和多聚磷酸激酶共同催化作用下发生反应生成5’‑胞苷酸。与其它工艺相比,该方法利用乙酰磷酸钾盐作为腺苷三磷酸合成的原料,合成步骤短效率高,且成本低廉、易操作适合工业化,转化率达到87.6%,产物浓度达到112.5g/L,具有明显市场竞争力。

Description

一种生物酶法合成5’-胞苷酸的方法
技术领域
本发明涉及生物化工领域,具体涉及一种5’-胞苷酸的酶催化合成工艺。
背景技术
5’-胞苷酸(简称胞苷酸),分子式为C9H12N3O8P,分子量321.1817,英文名5’-Cytidylate Monophosphate,CAS登记号63-37-6,是生物细胞内重要生化物质,参与多种生理生化反应。工业上,5’-胞苷酸用作于生产核苷酸类药物的原料、中间体以及食品添加剂等,如用于合成胞苷三磷酸、阿糖胞苷酸、聚肌胞苷酸、胞磷胆碱以及与其他核苷酸混合后作为保健品和食品添加剂,亦可加于婴儿奶粉中,能显著提高婴幼儿的免疫力。
5’-胞苷酸目前主要有两种生产方式:一种是生物合成法,另一种是化学合成法。
生物合成法利用核酸水解酶水解核糖核酸,经过分离得到5’-胞苷酸,参考:华洵璐等,核酸水解酶及酶解法生产核苷酸研究进展,辽宁大学学报,2012,39(2),110-117)。生物合成法得到四种5’-核苷酸,即5’-腺苷酸、5’-鸟苷酸、5’-胞苷酸和5’-尿苷酸混合物,除了5’-胞苷酸以外,其它三种均为副产物,在工业生产中分离操作复杂且收率低。
化学合成法通过磷酸化胞苷从而得到胞苷酸,参考:CN 1086219A。化学合成法生产过程中的三废较多、企业环保压力较大,腐蚀设备且不利于人员身体健康及工业化生产,存在一定的安全隐患。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种生物酶法合成5’-胞苷酸的方法。该方法以胞苷、乙酰磷酸钾盐为原料,在尿苷-胞苷激酶和多聚磷酸盐激酶共同催化下反应得到5’-胞苷酸。该工艺所需原料来源广泛,价格便宜,反应步骤简单,产量高且反应过程温和。
本发明所述一种生物酶法合成5’-胞苷酸的方法,包括如下步骤:以胞苷、乙酰磷酸钾盐和ATP为原料,采用尿苷-胞苷激酶和多聚磷酸盐激酶共同作用下进行生物转化,得到5’-胞苷酸。
采用反应方程式表示为:
进一步地,在上述技术方案中,所述反应温度为25-35℃,反应采用pH=6.0-8.0条件下进行。
进一步地,在上述技术方案中,所述反应在Mg2+存在条件下进行。
进一步地,在上述技术方案中,所述胞苷浓度为300-500mM,所述乙酰磷酸钾盐浓度为600-1000mM,所述ATP的浓度为15-25mM。
进一步地,在上述技术方案中,所述乙酰磷酸钾盐为液体型试剂。
进一步地,在上述技术方案中,所述尿苷-胞苷激酶的序列为序列表中,SEQ IDNO.1所示的核苷酸序列。
进一步地,在上述技术方案中,所述多聚磷酸激酶的序列为序列表中,SEQ IDNO.2所示的核苷酸序列。
进一步地,在上述技术方案中,所述尿苷-胞苷激酶和多聚磷酸盐激酶形式包括但不局限于酶液、酶冻干粉、含酶细胞以及各种固定化酶和固定化酶细胞。例如也可以是未经纯化的粗酶形式、经部分纯化或完全纯化的形式。
本发明有益效果
本发明采用生物酶法合成胞苷酸的方法,与目前现有的以多聚磷酸盐作为磷酸供体的技术不同,本发明以价格更为低廉的乙酰磷酸钾盐为磷酸供体,极大的降低了生产成本。
A、本发明生物酶法合成胞苷酸的方法,反应步骤简单,对环境更为友好。
B、本发明生物酶法合成胞苷酸的方法,所需酶的用量极少便可使反应的转化率达到88%。
C、本发明生物酶法合成胞苷酸的方法,产品5’-胞苷酸的浓度可达到115g/L。
说明书附图
图1为实施例3中反应温度优化图;
图2为实施例4中pH值优化图;
图3为实施例5中反应液液相色谱检测图。
具体实施方式
实施例1尿苷-胞苷激酶的发酵培养,具体如下:
发酵培养基配方:葡萄糖30g/L,七水硫酸镁0.3g/L,磷酸二氢钾3g/L,磷酸氢二钠4.8g/L,氯化铵1g/L,酵母膏20g/L,蛋白胨15g/L。
将尿苷-胞苷激酶菌株的单菌落接种到LB液体培养基,在35℃下震荡培养10-12h,以5%接种量转接至LB培养基中,在35℃下震荡培养至OD600值达到0.6时,接种至发酵培养基。发酵培养至OD600值达到16时加入IPTG诱导培养8h,然后离心得尿苷-胞苷激酶菌体细胞235g。
实施例2多聚磷酸激酶的发酵培养,具体如下:
发酵培养基配方:葡萄糖30g/L,七水硫酸镁0.3g/L,磷酸二氢钾3g/L,磷酸氢二钠4.8g/L,氯化铵1g/L,酵母膏20g/L,蛋白胨15g/L。
将多聚磷酸激酶菌株的单菌落接种到LB液体培养基,在35℃下震荡培养10-12h,以5%接种量转接至LB培养基中,在35℃下震荡培养至OD600值达到0.6时,接种到发酵罐。发酵培养至OD600值达到16时加入IPTG(0.12g/L)诱导培养8h,然后离心得多聚磷酸激酶菌体细胞255g。
实施例3温度优化反应,具体如下:
反应体系及反应条件:反应体系包括410mM胞苷,450mM乙酰磷酸钾盐溶液,10mMATP,27mM Mg2+,20g/L尿苷-胞苷激酶,20g/L多聚磷酸盐激酶,加适量纯化水,采用NaOH调pH=7.0-7.2,之后纯化水定容至30mL,分别在10℃,20℃,30℃,40℃,50℃水浴锅中反应7h,反应过程中取样进行高效液相色谱HPLC检测,监控反应进程。根据高效液相色谱结果分析,30℃为最佳反应条件,显著高于其它温度水平,如图1结果所示。在30℃反应温度下,反应进行至7h时,产物胞苷酸生成量达到67.5g/L。
实施例4pH优化反应,具体如下:
反应体系及反应条件:反应体系包括410mM胞苷,450mM乙酰磷酸钾盐溶液,10mMATP,27mM Mg2+,20g/L尿苷-胞苷激酶,20g/L多聚磷酸盐激酶,加适量纯化水,采用NaOH调pH=5.0,6.0,7.0,8.0,9.0,之后纯化水定容至30mL,分别在30℃水浴锅中反应7h,反应过程中取样进行高效液相色谱HPLC检测,监控反应进程。根据高效液相色谱结果分析,反应初始pH=6.0-8.0范围内反应效果均可,如图2结果所示,反应进行至7h时,产物胞苷酸的生成量达到72.7g/L。
实施例5酶法合成5’-胞苷酸的方法
反应体系及反应条件:反应体系包括410mM胞苷,10mM ATP,27mM Mg2+,尿苷-胞苷激酶和多聚磷酸盐激酶分别以40g/L和30g/L,810mM乙酰磷酸钾盐溶液进行反应,加适量纯化水,用NaOH调pH=7.2,之后用纯化水定容至2L,分别在30℃水浴锅中反应9h,反应过程中取样进行高效液相色谱HPLC检测,监控反应进程。根据高效液相色谱结果分析,如图3结果所示,反应进行至8h时,产物胞苷酸的转化率达到87.6%,产物浓度达到112.5g/L。
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书的描述只是用来解释本发明的原理,在不脱离本发明原理的范围下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。
序列表
SEQ ID NO.1
ATGACTGATCAGTCTCATCAGTGCGTCATTATCGGTATCGCTGGCGCATCGGCTTCCGGCAAGAGTCTTATTGCCAGTACCCTTTATCGTGAATTGCGTGAGCAAGTCGGTGATGAACACATCGGCGTAATTCCCGAAGACTGCTATTACAAAGATCAAAGCCATCTGTCGATGGAAGAACGCGTTAAGACCAACTACGACCATCCCAGCGCGATGGATCACAGTCTGCTGCTTGAGCATTTACAAGCGTTGAAACGCGGCTCGGCAATTGACCTGCCGGTTTACAGCTATGTTGAACATACGCGTATGAAAGAAACGGTGACGGTTGAGCCGAAGAAGGTCATCATTCTCGAAGGCATTTTGTTGCTGACGGATGCGCGTTTGCGTGACGAACTTAACTTCTCCATTTTCGTTGATACCCCGCTGGATATCTGCCTGATGCGCCGCATCAAGCGTGACGTTAACGAGCGTGGGCGTTCAATGGATTCAGTGATGGCGCAATATCAAAAAACCGTGCGCCCGATGTTCCTGCAATTCATTGAGCCTTCTAAACAATATGCGGACATTATCGTGCCGCGCGGCGGGAAAAACCGCATCGCGATCGATATATTGAAAGCGAAAATAAGTCAGTTCTTTGAATAA
SEQ ID NO.2
ATGGGTCAGGAAAAGCTATACATCGAAAAAGAGCTCAGTTGGTTATCGTTCAATGAACGCGTGCTTCAGGAAGCGGCGGACAAATCTAACCCGCTGATTGAAAGGATGCGTTTCCTGGGGATCTATTCCAATAACCTTGATGAGTTCTATAAAGTCCGCTTCGCTGAACTGAAGCGACGCATCATTATTAGCGAAGAACAAGGCTCCAACTCTCATTCCCGCCATTTACTGGGCAAAATTCAGTCCCGGGTGCTGAAAGCCGATCAGGAATTCGACGGCCTCTACAACGAGCTATTGCTGGAGATGGCGCGCAACCAGATCTTCCTGATTAATGAACGCCAGCTCTCCGTCAATCAACAAAACTGGCTGCGTCATTATTTTAAGCAGTATCTGCGTCAGCACATTACGCCGATTTTAATCAATCCTGACACTGACTTAGTGCAGTTCCTGAAAGATGATTACACCTATCTGGCGGTGGAAATTATCCGTGGCGATACCATCCGTTACGCGCTGCTGGAGATCCCATCAGATAAAGTGCCGCGCTTTGTGAATTTACCGCCAGAAGCGCCGCGTCGACGCAAGCCGATGATTCTTCTGGATAACATTCTGCGTTACTGCCTTGATGATATTTTCAAAGGCTTCTTTGATTATGACGCGCTGAATGCCTATTCAATGAAGATGACCCGCGATGCCGAATACGATTTAGTGCATGAGATGGAAGCCAGCCTGATGGAGTTGATGTCTTCCAGTCTCAAGCAGCGTTTAACTGCTGAGCCGGTGCGTTTTGTTTATCAGCGCGATATGCCCAATGCGCTGGTTGAAGTGTTACGCGAAAAACTGACTATTTCCCGCTACGACTCCATCGTCCCCGGCGGTCGTTATCATAATTTTAAAGACTTTATTAATTTCCCCAATGTCGGCAAAGCCAATCTGGTGAACAAACCACTGCCGCGTTTACGCCATATTTGGTTTGATAAAGCCCAGTTCCGCAATGGTTTTGATGCCATTCGCGAACGCGATGTGTTGCTCTATTATCCTTATCACACCTTTGAGCATGTGCTGGAACTGCTGCGTCAGGCTTCGTTCGACCCGAGCGTACTGGCGATTAAAATTAACATTTACCGCGTGGCGAAAGATTCACGCATCATCGACTCGATGATCCACGCCGCACATAACGGTAAGAAAGTCACCGTGGTGGTTGAGTTACAGGCGCGTTTCGACGAAGAAGCCAACATTCACTGGGCGAAGCGCCTGACCGAAGCAGGCGTGCACGTTATCTTCTCTGCGCCGGGGCTGAAAATTCACGCCAAACTGTTCCTGATTTCACGTAAAGAAAACGGTGAAGTGGTGCGTTATGCACACATCGGGACCGGGAACTTTAACGAAAAAACCGCGCGTCTTTATACTGACTATTCGTTGCTGACCGCCGATGCGCGCATCACCAACGAAGTACGGCGGGTATTTAACTTTATTGAAAACCCATACCGTCCGGTGACATTTGATTATTTAATGGTATCGCCGCAAAACTCCCGCCGCCTATTGTATGAAATGGTGGACCGCGAGATCGCCAACGCGCAGCAAGGGCTGCCCAGTGGTATCACCCTGAAGCTAAATAACCTTGTCGATAAAGGCCTGGTTGATCGTCTGTATGCGGCCTCCAGCTCCGGCGTACCGGTTAATCTGCTGGTTCGCGGAATGTGTTCGCTGATCCCCAATCTGGAAGGCATTAGCGACAACATTCGTGCCATCAGTATTGTTGACCGTTACCTTGAACATGACCGGGTTTATATTTTTGAAAATGGCGGCGATAAAAAGGTCTACCTTTCTTCCGCCGACTGGATGACGCGCAATATTGATTATCGTATTGAAGTGGCGACGCCGCTGCTCGATCCGCGCCTGAAGCAGCGGGTACTGGACATCATCGACATATTGTTCAGCGATACGGTCAAAGCACGTTATATCGATAAAGAACTCAGTAATCGCTACGTTCCCCGCGGCAATCGCCGCAAAGTACGGGCGCAGTTGGCGATTTATGA

Claims (6)

1.一种生物酶法合成5’-胞苷酸的方法,其特征在于,包括如下步骤:以胞苷、乙酰磷酸钾盐和ATP为原料,在尿苷-胞苷激酶和多聚磷酸激酶共同催化下发生反应,制得胞苷酸。
2.根据权利要求1所述生物酶法合成5’-胞苷酸的方法,其特征在于:多聚磷酸盐激酶制备为,菌种活化后制备种子液,以2-10%接种量接种至发酵罐,进行连续流高密度发酵培养。
3.根据权利要求1所述生物酶法合成5’-胞苷酸的方法,其特征在于:尿苷-胞苷激酶的制备为,菌种活化制备种子液,以2-10%接种量接种至发酵罐,进行连续流高密度发酵培养。
4.根据权利要求1所述生物酶法合成5’-胞苷酸的方法,其特征在于:反应温度为25-35℃,反应采用pH=6.0-8.0条件下进行。
5.根据权利要求1所述生物酶法合成5’-胞苷酸的方法,其特征在于:所述反应在Mg2+存在条件下进行。
6.根据权利要求1所述生物酶法合成5’-胞苷酸的方法,其特征在于:所述胞苷浓度为300-500mM,乙酰磷酸钾盐浓度为600-1000Mm,ATP浓度为15-25mM。
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