嗜热古细菌Sulfolobus tokodaii脱卤酶在D-乳酸生产中的应用

doi:10.7503/cjcu20140739

高等学校化学学报 ›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (4): 698.doi: 10.7503/cjcu20140739

嗜热古细菌Sulfolobus tokodaii脱卤酶在D-乳酸生产中的应用

解桂秋¹, 潘东², 何文龙², 高贵², 高仁钧²()

1. 吉林大学药学院, 长春 130021
2. 吉林大学生命科学学院, 分子酶学工程教育部重点实验室, 长春 130012

收稿日期:2014-08-31 出版日期:2015-04-10 发布日期:2015-03-27
作者简介:联系人简介: 高仁钧, 男, 博士, 教授, 主要从事酶工程研究. E-mail: gaorj@jlu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: 20772046)和吉林省科技研究和发展计划项目(批准号: 201105011)资助

Application of L-2-Haloacid Dehalogenase from Thermophilic Archaea Sulfolobus Tokodaii in the Production of D-Lactic Acid^†

XIE Guiqiu¹, PAN Dong², He Wenlong², GAO Gui², GAO Renjun^2,^*()

1. College of Pharmacy, Jilin University, Changchun 130021, China
2. Key Laboratory for Molecular Enzymology and Engineering, Ministry of Education, School of Life Science,Jilin University, Changchun 130012, China

Received:2014-08-31 Online:2015-04-10 Published:2015-03-27
Contact: GAO Renjun E-mail:gaorj@jlu.edu.cn
Supported by:
† Supported by the National Natural Science Foundation of China(No.20772046) and the Technologies Research and Development Program of Jilin Province, China(No.201105011)

摘要/Abstract

摘要：

将来源于嗜热古菌Sulfolobus tokodaii的脱卤酶(L-HAD_ST)基因克隆到载体pET28b, 转化大肠杆菌BL21(DE3)进行表达, 在蛋白的N末端带有6个组氨酸融合标签, 纯化后经聚丙烯酰胺凝胶电泳显示融合蛋白的分子量约为25000. 融合蛋白催化2-氯丙酸(2-CPA)的最适反应温度为70 ℃, 最适pH值为9.5. 以外消旋2-CPA为底物生产D-乳酸, 利用HPLC检测反应液中2-CPA及乳酸的变化, 发现L-HAD_ST只催化L-2-CPA脱氯反应. 对酶催化反应条件进行了优化, 结果表明, 在pH值为9.5, 温度为60 ℃的条件下, 当反应体系中缓冲液浓度为3 mol/L, 底物浓度为0.5 mol/L, 酶浓度为3×10⁴ U/L时有较高的底物转化率及乳酸生成量. 依据条件优化结果可知, 影响反应速度的因素有底物浓度、缓冲液浓度以及酶浓度, 其中底物浓度变化对转换率的影响最明显.

关键词: L-2-卤代酸脱卤酶, 2-氯丙酸, 乳酸

Abstract:

Optical pure lactic acid is a useful chiral intermediate in the synthesis of chiral drugs and materials engineering. For the purpose of environmental-friendly and high stereoselectivity, enzymes were used to resolve racemic mixtures. In this study, we cloned and expressed L-2-haloacid dehalogenase(ST2570) from thermophilic Archaea Sulfolobus tokodaii in Escherichia coli BL21(DE3). The recombinant enzyme was purified to a single band using heat treatment and Ni²⁺-NTA affinity chromatography. The optimum temperature and pH value of ST2570 were 70 ℃ and 9.5, respectively. The specific activity of purified ST2570 for the hydrolysis of 2-chloropropionic acid was 2963.33 U/mg. For the high enatioselectivity of ST2570, only L-2-chloropropionic acid can be hydrolyzed to produce D-lactic acid during the reaction. With the optimization, the best conditions to produce D-lactic acid were pH of 9.5, temperature of 60 ℃, 3 mol/L of buffer, 0.5 mol/L of 2-chloropropionic acid and 3×10⁴ U/L of ST2570.

Key words: L-2-Haloacid dehalogenase, 2-Chloropropionic acid, Lactic acid

中图分类号:

O621.25

TrendMD:

解桂秋, 潘东, 何文龙, 高贵, 高仁钧. 嗜热古细菌Sulfolobus tokodaii脱卤酶在D-乳酸生产中的应用. 高等学校化学学报, 2015, 36(4): 698.

XIE Guiqiu, PAN Dong, He Wenlong, GAO Gui, GAO Renjun. Application of L-2-Haloacid Dehalogenase from Thermophilic Archaea Sulfolobus Tokodaii in the Production of D-Lactic Acid^†. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(4): 698.

图/表 4

Scheme 1 Hydrolysis reaction catalyzed by L-2-dehalogenase

Fig.1 Effects of the concentration of substrate on the reaction(A) and conversion(B) Concentration/(mol·L-1): a. 0.05; b. 0.1; c. 0.25; d. 0.5; e. 0.75; f. 1.0.

Fig.2 Effect of the initial concentration of substrate on yield of lactic acid

Fig.3 Effects of the amount of enzyme on the reaction time(A) and conversion(B)

参考文献 21

[1]	Sakaki T., Munetsuna E., Appl. Microbiol. Biotechnol., 2010, 88(1), 23—30
[2]	Copley S. D., Nat. Chem. Biol., 2009, 5(8), 559—566
[3]	Koudelakova T., Chovancova E., Brezovsky J., Monincova M., Fortova A., Jarkovsky J., Damborsky J., Biochem. J., 2011, 435(2), 345—354
[4]	Bachas D. P., Law S., Wei Y., Appl. Biochem. Biotechnol., 2009, 159(2), 382—293
[5]	Li R., Zhang F., Cao S. G., Xie G. Q., Gao R. J., Chem. Res. Chinese Universities,2012, 28(5), 851—855
[6]	Kong F. S., Wang Y. Q., Cao S. G., Gao R. J., Xie G. Q., Process Biochem., 2014, 49(5), 775—782
[7]	Song X. L., You J., Wang J., Zhu A. P., Ji L. J., Guo R., Chem. Res. Chinese Universities,2014, 30(2), 326—332
[8]	Zeng L., Hu J., Wei J. C., Chem. J. Chinese Universities,2014, 35(8), 1788—1794
	(曾莉, 胡俊, 魏俊超. 高等学校化学学报, 2014, 35(8), 1788—1794)
[9]	John R. P., Sukumaran R. K., Nampoothiri K. M., Pandey A., Biochem. Eng. J., 2007, 36, 262—267
[10]	Xu T. T., Bai Z. Z., He B. F., Chemical Industry and Engineering Progress,2009, 28(6), 991—996
	(许婷婷, 柏中中, 何冰芳. 化工进展, 2009, 28(6), 991—996)
[11]	Shi G. F., Wang G. Y., Food Science,2007, 28(12), 547—551
	(史高峰, 王国英. 食品科学, 2007, 28(12), 547—551)
[12]	Xu C. H., Fang J. J., Fine and Specialty Chemicals,2007, 15(14), 10—13
	(徐昌洪, 方家骥. 精细与专用化学品, 2007, 15(14), 10—13)
[13]	Hu X., Robin S., O’Connell S., Walsh J. G., Wall G., Appl. Microbiol. Biotechnol., 2010, 87, 1773—1782
[14]	Cheng J., Lou W. Y., Zong M. H., Chem. J. Chinese Universities,2014, 35(7), 1529—1535
	(程景, 娄文勇, 宗敏华. 高等学校化学学报, 2014, 35(7), 1529—1535)
[15]	Christoph K. W., Dorina C., Esta V. H., Kurt F., Biotechnol. Bioeng., 2013, 110(12), 3085—3092
[16]	Pavle A., Anne S. M., Peter A. J., Kim D. J., Biotechnol. Adv., 2010, 28, 308—324
[17]	Pavle A., Anne S. M., Peter A. J., Kim D. J., Biotechnol. Adv., 2010, 28, 407—425
[18]	Chaloupkova R., Prokop Z., Sato Y., Nagata Y., Damborsky J., FEBS J., 2011, 278(15), 2728—2738
[19]	Hu Y., Yang J., Tang S. S., Chu X. M., Zou B., Huang H., Chem. J. Chinese Universities,2013, 34(5), 1195—1202
	(胡燚, 杨姣, 唐苏苏, 初旭明, 邹彬, 黄和. 高等学校化学学报, 2013, 34(5), 1195—1202)
[20]	Özlem A., Tükel. S. S., Deniz Y., Dilek A., J. Mol. Catal. B—Enzym., 2009, 58, 124—131
[21]	Özlem A., Tükel. S. S., Deniz Y., Dilek A., Enzyme Microb. Tech., 2011, 49, 547—554

嗜热古细菌Sulfolobus tokodaii脱卤酶在D-乳酸生产中的应用

Application of L-2-Haloacid Dehalogenase from Thermophilic Archaea Sulfolobus Tokodaii in the Production of D-Lactic Acid^†

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 4

参考文献 21

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	高京, 何文涛, 王欣欣, 向宇姝, 龙丽娟, 秦舒浩. DOPO衍生物改性碳纳米管的制备及对聚乳酸阻燃性能的影响[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(3): 20210670.
[2]	徐欢, 柯律, 唐梦珂, 尚涵, 徐文轩, 张子林, 付亚男, 韩广东, 崔金声, 杨皓然, 高杰峰, 张生辉, 何新建. 液相剪切原位剥离蒙脱土纳米片增强高阻氧聚乳酸[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(11): 20220316.
[3]	李欣宇, 李志伟, 张兴元. 硫磺素型聚乳酸/苯磺酸室温磷光体系的构建[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(6): 1987.
[4]	夏艺玮, 王光鑫, 冯玉林, 胡跃鑫, 赵桂艳. 生物基超韧聚乳酸复合材料的制备与性能[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(8): 1881.
[5]	孔令照,苗改,罗虎,孙予罕. 生物质水热催化制备重要含氧化学品研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(1): 11.
[6]	刘垚杉,吴海林,贾智,杜博,刘大勇,周志敏. 丝素改性聚乳酸-羟基乙酸共聚物多孔微球作为牙龈间充质干细胞递送载体的研究[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(11): 2419.
[7]	韩嘉晖, 黄汉雄, 黄宇霄. 滑石粉和PLA-g-MAH对聚乳酸结晶性能和熔体强度的改善[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(9): 2089.
[8]	高燕, 张华, 张雯, 李祥鹏, 岳盼, 李伟. 乳液静电纺丝PLA/PEG微纳纤维膜的可控制备及负载亲疏水性药物的释放[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(3): 575.
[9]	刘星, 王文俊, 邵自强, 李磊. 纳米纤维素/聚乳酸全绿色纳米复合材料的制备及性能[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(2): 373.
[10]	吴瑞清, 来婧娟, 潘毅, 邓瑾妮, 郑朝晖, 丁小斌. “滑轮环”拓扑结构增韧聚乳酸及其形状记忆性能和机理探究[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(12): 2797.
[11]	刘蓓, 高培, 李慎慎, 肖运钦, 肖继军. 黏结剂PLA, PCL及其共聚物与CL-20/TNT共晶黏结性能的分子动力学模拟[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(11): 2556.
[12]	李桂丽, 黄静静, 张欢欢, 袁朝圣, 邵春光, 应进, 王亚明, 曹伟, 刘春太, 申长雨. 蚕丝纤维增强聚乳酸体系中柱晶的形成及结构分析[J]. 高等学校化学学报, 2017, 38(9): 1663.
[13]	徐中轩, 赵光练, 罗乐, 龙振敏. 基于半刚性乳酸衍生物的单一手性配位聚合物的合成、结构与性质[J]. 高等学校化学学报, 2017, 38(1): 12.
[14]	张敏, 张书洋, 刘正英, 杨伟, 杨鸣波. 不同催化剂作用下聚乳酸/聚碳酸亚丙酯的酯交换反应[J]. 高等学校化学学报, 2017, 38(1): 133.
[15]	戎佳萌, 周操, 徐栋, 孙伟, 黄晓雯, 张兴元. 基于二苯甲酮衍生物的端羟基聚乳酸的双重发光性能[J]. 高等学校化学学报, 2016, 37(8): 1542.

嗜热古细菌Sulfolobus tokodaii脱卤酶在D-乳酸生产中的应用

Application of L-2-Haloacid Dehalogenase from Thermophilic Archaea Sulfolobus Tokodaii in the Production of D-Lactic Acid†

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 4

参考文献 21

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

Application of L-2-Haloacid Dehalogenase from Thermophilic Archaea Sulfolobus Tokodaii in the Production of D-Lactic Acid^†