生物催化法生产d-2-羟基丁酸与n-乙酰-d-神经氨酸

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1、上海交通大学博士后学位论文生物催化法生产D--2--羟基丁酸与N--乙酰--D--神经氨酸姓名：高超申请学位级别：博士后专业：上海交通大学生物学指导教师：许平201112上海交通大学博士后研究报告摘要本报告以生物催化法生产高值化合物为研究目的，通过全细胞催化、化学酶法偶联催化等技术，实现D．2．羟基丁酸与N-乙酰一D．神经氨酸的生产。手性2．羟基丁酸在有机、制药工业及科学研究中有着广泛用途，D．2．羟基丁酸可作为手性甘醇、卤代酯、氨基酸类化合物合成的前体。D．2．羟基丁酸还可以用于抗肿瘤抗生素的合成。D．2．羟基丁酸最重要的用途是用来合成生物可降解性聚合物一聚2．羟基丁

2、酸。聚2．羟基丁酸易水解，可以应用于生物医学、制药、生物可降解材料等方面。以热处理的施氏假单胞菌SDM全细胞为催化剂，外消旋2．羟基丁酸为底物，立体选择性拆分获得高光学纯度的D．2．羟基丁酸。在最佳生物转化条件，即转化液组成为外消旋2．羟基丁酸0．4M，热处理后施氏假单胞菌SDM全细胞6克干细胞／升，300C，pH7．5条件下，以150转／分钟振荡12小时，摇瓶体系中D．2．羟基丁酸含量达197mM，对映体过量值达到99．1％。生物催化外消旋2．羟基丁酸生成D．2羟基丁酸反应体系中含有目的产物D．2．羟基丁酸以及L．2．羟基丁酸氧化产物2．酮基丁酸。为了实现生物催化体系

3、中D．2．羟基丁酸与2．酮基丁酸的有效分离，研究了不同的离子交换树脂对D．2．羟基丁酸与2．酮基丁酸的吸附能力，选取离子交换树脂D301用于后续实验操作，实现了生物催化体系中D．2．羟基丁酸的分离，经色谱检测D-2．羟基丁酸收率为84．7％，纯度为98．7％建立了以氧化葡萄糖酸杆菌DSM2003为催化剂，外消旋1，2．丁二醇为底物，生物转化外消旋l，2．丁二醇合成手性D．2。羟基丁酸的生产工艺，在最佳生物转化条件，即转化液组成为l，2．丁二醇40克／升，氧化葡萄糖酸杆菌DSM2003为60克湿细胞／升，300C，pH7条件下反应14小时，D．2羟基丁酸的产量为18．5克

4、／升，对映体过量值为99．7％。唾液酸是神经氨酸衍生物家族的总称，N．乙酰．D．神经氨酸是唾液酸家族中分布较广泛的酸性氨基糖，在生物体中具有重要的生理功能，是合成许多药物的V生物催化法生产D．2．羟基丁酸与N．乙酰．D-神经氨酸重要中间体。前期将N．乙酰．D．神经氨酸醛缩酶的基因nanA连入了枯草芽孢表面展示载体中，实现了N．乙酰．D．神经氨酸醛缩酶的芽孢表面展示，可催化N．乙酰．D．甘露糖胺与丙酮酸合成N．乙酰．D一神经氨酸。芽孢表面展示N．乙酰．D．神经氨酸醛缩酶具有较高的pH稳定性，鉴于N．乙酰-D．甘露糖胺价格昂贵，本工作将碱催化的N．乙酰-D．葡萄糖胺异构化为

5、N．乙酰．D．甘露糖胺的反应，与N．乙酰．D．神经氨酸醛缩酶催化的N．乙酰．D．神经氨酸合成反应偶联起来，实现了化学酶法生产N．乙酰．D．神经氨酸，N．乙酰．D．神经氨酸达到53．9克／升。关键词：生物催化；D．2．羟基丁酸：离子交换树脂；N．乙酰．D．神经氨酸vI上海交通大学博士后研究报告ABSTRACTThepurposeofthisreportisthebiocatalyticproductionofhigh-valuecompoundssuchasD-2一hydroxyacidandN-acetyl—D-neuraminicacid,bywhole-cellca

6、talysisOrchemicalcouplingenzymaticcatalysis．Chiral2-hydroxybutyricacidhasawiderangeofapplicationsinorganic，pharmaceuticalindustryandscientificresearch．D-2-hydroxyacidcanbeusedaschimlglycol，halogenatedesters，aminoacidprecursorcompounds．D-2-hydroxybutyricacidcanalsobeusedforthesynthesisofa

7、nti—tumorantibiotics．ThemostimportantuseofD·2-hydroxybutyricacidistosysthesisbiodegradablepolymer,poly-2-hydroxybutyricacid。Poly2一hydroxyacid，whichcanbeeasilyhydrolyzed,couldbeappliedtobiomedical，pharmaceutical，bio-degradablematerialsandSOOil．Usingheattreatedwhole-celloft