甲酸脱氢酶用于辅酶NADH再生的研究进展

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1、第6卷第6期过程工程学报Vo1.6No.62006年12月TheChineseJournalofProcessEngineeringDec.2006甲酸脱氢酶用于辅酶NADH再生的研究进展黄志华’，’，刘铭‘，王宝光‘，张延平‘，曹竹安(I.清华大学化学工程系生物化工研究所，北京100084;2.三明学院化学与生物工程系，福建三明365004)摘要:NADH依赖型氧化还原酶广泛应用于精细化学品和手性化合物的生物合成，其中辅酶NADH作为还原当量起着关键的作用，NADH的再生关系到生物氧化还原过程能否进行.甲酸脱氢酶在辅酶NADH再生中的应用是目前代谢工程领域研究的热

2、点之一本工作回顾了甲酸脱氢酶的来源和氨基酸序列、酶的理化性质和催化机理等方面的研究进展，从化学稳定性、热稳定性和成本等方面阐述了甲酸脱氢酶在辅酶再生系统中的应用，讨论了甲酸脱氢酶用于辅酶再生的代谢工程平台的发展趋势，并对研究发展方向提出了一些设想.关键词:甲酸脱氢酶;辅酶困ADH)再生;氧化还原反应中图分类号:TQ923文献标识码:A文章编号:1009-606X(2006)06-1011-06I前言酶再生方面的应用研究进展，探讨了未来的发展方向.在酶的六大类型中，30%-35%为氧化还原酶.氧化2甲酸脱氢酶的研究进展还原酶在催化制备手性醇、轻基酸、氨基酸等方面具有甲

3、酸脱氢酶(FD闭属于D-2-轻基酸脱氢酶类[[41，根明显的优势，其应用越来越受到重视.而在氧化还原酶据4级结构、辅基的构象和类型以及底物特异性的区别，所催化的反应中，合成产物的同时会消耗一定量的辅分为几种不同的类型，其中很重要的一类就是NAD+依酶，约80%的反应需要尼克酞胺腺嚓吟二核普酸(NAD,赖型的甲酸脱氢酶(EC1.2.1.2)，它可以将甲酸氧化为NAD功作为辅酶，10%的反应以尼克酞胺腺嚓吟二核昔C02，同时将NAD十还原为NADH(如图1所示).该类型酸磷酸卿ADP,NADP均为辅酶，只有很少一部分以黄的甲酸脱氢酶由2个相同的亚基组成，不包含金属离子素

4、(FMN,FAD)和辅酶Q(PQQ)为辅酶[I].因此氧化还原和辅基，并且对甲酸和NAD+具有高度的专一性.NAD+酶在应用中除了必须有合适的酶和反应工程技术外，还依赖型FDH催化过程的一个显著特征是来自底物的氢必须提供高效、低成本的辅酶再生系统.所谓辅酶再生离子直接转移到NAD斗的烟碱C4原子上，无需酸碱催就是把辅酶从氧化态再生为还原态，或者反之，从而使化步骤.辅酶保持在一定的催化剂量水平.为了解决辅酶再生这Pt(xhwtion一问题，己经提出了一系列的方法，包括酶学、光化学Substrate一一of-e~n，z一四」e----月卜Pro山ict和电化学等再生系统

5、[[2]，其中酶法再生系统由于具有反应速率快、选择性高、再生体系与合成体系兼容性好、NAD'过程易于监控等优点，受到了广泛重视.在酶法再生系Cot月卜一~-‘二二二二‘~-.-HCOOHFDH统中用的最多的酶是脱氢酶，其次有氧化酶、氢化酶等.近年来，甲酸脱氢酶(FormateDehydrogenase,FDH)图1甲酸/FDH辅酶再生系统在辅酶再生中的应用已成为辅酶酶法再生研究领域的Fig.lFormate/FDHcofactorregenerationsystem热点之一甲酸/甲酸脱氢酶体系是最成功的再生系统，2.1甲酸脱氢酶的来源和氨基酸序列并己应用于工业生产.

6、其优势在于反应不可逆，甲酸价所有的甲基营养型微生物中都含有甲酸脱氢酶，将格低廉且很多酶对此有很高的耐受性.此反应只产生一甲酸分解为C02是这些微生物所需能量的主要来源.一种副产物一C02，而C02对任何酶的活性均没有任何影方面NAD十依赖型的FDH可以在所有利用甲醇的酵母响，且反应完全，同时CO:作为一种气体，很容易从反中获得，如〔andida,Pichia和Hansenzila属中的许多菌应体系中逃逸出来.Kula等因在2002年发现这一现象株[[5-71;但另一方面这种酶在细菌中分布并不广泛，细而被授予德国未来奖[[31.本工作阐述了甲酸脱氢酶在辅菌中大多数可以

7、氧化甲酸的酶通常是丙酮酸脱氢酶复收稿日期:2005-12-07，修回日期:2006-02-08基金项目:国家重点基础研究发展规划(973)基金资助项目(编号:2003CB716007)作者简介:黄志华(1964一，女，福建省平和县人，学士，副教授，生物化工专业，E-mail:hzh917@163.com;曹竹安，通讯联系人，Tel:010-62785514E-mail:cza-dce@mail.tsinghua.edu.cn.1012过程工程学报第6卷合体的组成部分，并且在活性中心包含硒氨酸、钨离子Asp308残基，因为它的竣基和NAD+尼克酞胺的氨基能或者铝离