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具有立体选择性环氧化物水解酶产生菌的筛选及手性β受体阻滞剂的生物法制备

张正方  
【摘要】: 在环氧化物水解酶产生菌的筛选过程中,本文主要以间甲基苯基缩水甘油醚为底物,以高效液相为分析方法,获得一株具有高活力、高对映立体选择性的环氧化物水解酶产生菌。经过鉴定为巨大芽孢杆菌命名为Bacillus megaterium ZJUZQ-002。 对Bacillus megaterium ZJUZQ-002进行发酵条件优化。发现菌株生长过程中pH值和温度对菌体的产量与环氧化物水解酶活力有重要影响。当发酵pH值为7.2左右,温度为30℃时,菌体产量与酶活力均较好。底物诱导对该菌的酶活力也有重要的影响,当底物诱导量为6 mmol/L时,所得菌的酶活力最好,当底物诱导的浓度高于12 mmol/L时该菌基本不生长。 该菌产生环氧化物水解酶的最佳发酵条件为:蔗糖1.0 %,酵母膏1.0 %,NaCl 1.0 %, MgSO4·7H2O 5 mmol/L,K2HPO4·3H2O 0.3 %,KH2PO4 0.1 %,底物6 mmol/L,温度:30℃,pH 7.2;250 mL三角瓶装30 mL,转速200 r/min,时间30 h。在该条件下酶活可达58.5 U/L。 对Bacillus megaterium ZJUZQ-002进行拆分条件,包括温度、缓冲液pH、助溶剂类型、时间及催化剂与底物的质量比等进行研究,并确定其最佳的拆分条件。缓冲液为pH 8.0、浓度为0.1 M的磷酸钾(PKB),转化温度30℃,转化时间16 h,助溶剂为DMSO,冻干细胞/底物(g/g) = 9/1,底物浓度为20 mmol/L;在该条件下底物的e.e.值为99.9 %,其E值为37。 对底物特异性的研究,发现菌体对邻位和间位有甲基取代基的苯基缩水甘油醚类底物有较好的对映立体选择性,并催化水解(R)-型的环氧化物,保留(S)-型;而对于对位有甲基取代基的苯基缩水甘油醚类底物立体选择性稍差,且主要催化水解(S)-型的环氧化物,保留(R)-型;通过Docking研究已解释了这一现象。在最适的转化条件下,对反应体系进行了扩大化转化的研究,最终确定当体系放大到5倍时,对100 mmol的间甲基苯基缩水甘油醚进行转化,16 h后底物的e.e.值接近100 %,转化率为68.6 %;分离纯化后进一步胺解可得光学纯的β-受体阻滞剂类药物:(S)-型托利洛尔,e.e.值98 %,得率16.5 %。


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