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克鲁维酵母不对称还原合成倍他司汀重要手性中间体的研究

周婕妤  
【摘要】:手性芳基醇是合成光学活性分子的关键中间体,广泛应用于食品、医药、精细化工及农业等领域。在手性化合物的制备过程中,与化学合成法相比,利用生物法进行的合成反应具有立体选择性强,反应条件温和,对环境的污染轻等优点。近年来利用微生物细胞内羰基还原酶不对称还原制备手性醇类化合物的方法得到人们越来越多的青睐。 (S)-(4-氯苯基)-(吡啶-2-基)-甲醇[(S)-CPMA]是用于合成抗组胺药物倍他司汀的重要手性中间体。本文通过对实验室保藏及土壤中菌种进行筛选,获得了一株将前手性酮底物(4-氯苯基)-(吡啶-2-基)-甲酮(CPMK)不对称还原为(S)-CPMA的还原酶产生菌株,并根据18S rRNA基因序列比对结果将其鉴定为Kluyveromyces sp.。通过优化水相体系中所筛菌株催化不对称还原CPMK生成(S)-CPMA的反应条件,确定了菌体浓度为100g/L,底物浓度为2g/L,30℃条件下,在pH7.0并含有5%葡萄糖的磷酸钾缓冲溶液中反应48h,其e.e.值和产率分别可以达到76.0%和77.0%。 采用筛选获得的Kluyveromyces sp.进行生物转化反应,在水相反应体系优化的基础上对双水相反应体系进行了研究,确定PEG4000(20%, w/w)/Na_2HPO_4(14%, w/w)为适宜的双水相反应体系组成。采用该反应体系,在底物浓度为6g/L,30℃下反应48h,产物(S)-CPMA的e.e.值和产率与水相反应体系相比有显著提高,分别达到86.7%和92.1%。同时,反应的底物和产物在双水相体系的上层PEG溶液中富集,两相分配系数K=6.57,使Kluyveromyces sp.整体细胞的底物耐受性和生物相容性有所改善。本研究首次筛选获得了不对称还原制备(S)-CPMA的微生物菌株并在双水相反应体系中应用,为生物催化制备该手性药物中间体提供了可行的途径。 为进一步研究催化该反应的关键羰基还原酶,对Kluyveromyces sp.细胞进行超声波破碎获得粗酶液,经过硫酸铵分级沉淀,DEAE-Sepharose FF阴离子交换层析和SephadexG-100凝胶层析,目的蛋白的比活由0.072U/mg提高至23.5U/mg,纯化倍数达到326倍,酶活回收率为14.3%,SDS-PAGE确定羰基还原酶亚单位的分子量约为30kDa。对纯化得到的羰基还原酶进行一系列酶学性质研究:确定了羰基还原酶为NADH辅酶依赖型;对带有苯环的芳基酮类化合物具有较高的催化活性,酶的最适反应pH为pH6.5,在pH5–7.5的缓冲液中保存24h相对剩余酶活在80%以上;其最适反应温度为30℃,在20–35℃范围内相对酶活能够保持在80%以上,其最适反应温度为30℃,在高于40℃时易失活。添加Ca~(2+)、Mg~(2+)、Ni~(2+)对酶活有一定的促进作用,而Ba~(2+)、Cu~(2+)、Ag~+和Fe~(3+)的存在会对酶活性产生强烈的抑制。


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