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中国酶工程的兴旺与崛起(中)

   日期:2015-11-11     浏览:2812    评论:0    
我国在 20 世纪 90 年代就已开发利用过氧化物酶在有机相或反相胶束中催化酚类和芳香胺的聚合反应,如合成聚对羟联苯,并研究了聚合
 
物的光电性能。在非水介质中催化去除苯酚达 84.9%。在水乙醇中前列腺素合成酶催化合成前列腺素 E1[3]
。青霉菌转化顺丙烯磷酸一步环氧化为磷霉素[4]
。环氧化物水解酶合成药物手性中间体手性邻二醇[7]
。浙江大学与海正药业公司合作克隆表达 R-酰胺酶和水合酶合成西司他汀手性中心 (S)2,2-二甲基环丙甲酰胺[8]
。利用休止细胞甘油脱水酶生产聚酯、聚醚、聚氨酯合成的单体 1,3 丙二醇[5]
。构建 E. coli 基因工程菌转化甘油生产 3-羟基丙醛[8]
。利用羟腈酶合成可制备 β-氨基醇的羟腈化合物[4]
。利用嘧啶核苷磷酸化酶合成抗肿瘤药物中间体-5-氟尿苷[4]
。用反胶束单宁酶催化合成抗氧化剂没食子酸戊酯[5]
。成都生物所用固定化粘红酵母苯丙氨酸解氨酶/肉桂酸途径生产苯丙氨酸[7]
。腈转化酶是继酯酶和脂肪酶之后,又一制备手性化合物的工具酶,包括腈水解酶、腈水合酶、酰胺酶。产业化实例
 
 
 
有腈水合酶/酰胺酶双酶偶联生产西司他汀钠关键手性中间体-(S)-(+)2,2-二甲基丙烷甲酰胺[8]
。腈水解酶制备除草剂-(L)-单铵膦及农药甘膦中间体——亚氨基二乙酸[10]
。用固定化细胞腈水解酶制备医药中间体-(R)扁桃酸[8]
。非水相 α-胰凝乳蛋白酶催化合成具有强抗氧化的类肌肽 4-(5)-丙氨酰胺 5 (4)-羧酸咪唑[8]
。基因工程菌转化制备脱氧核苷三磷酸[8]
。定向突变菌株环氧化物水解酶制备降压药普萘洛尔中间体邻位二醇[10]
。甾体激素仅次于抗生素,用青霉菌转化 6 种甾体生成 1,2-二氢睾内酯[10]
。手性胺或非天然氨基酸是重要药物合成的手性模块,用 ω-转氨酶获得光学纯的 (R)手性胺 (R)-α-苯乙胺,(R)-1-苯丙胺,(R)-4-苯基
 
-2-丁胺,(R)-α-四氢萘胺10]
。E.coli 表达细胞 L-氨基酸脱氨酶催化合成 α-苯丙酮酸[10]
。固定化细胞转化精氨酸为瓜氨酸,通过细胞谷氨酸氧化酶转化谷氨酸制备 α-酮戊二酸[10]
。固定化含精氨酸脱亚氨酶的细胞拆分 DL-精氨酸[9,12]
。用内切型肝素酶制备抗平滑肌细胞增生的肝素寡糖 (0–8 K)[8]。突变菌株环糊精葡萄糖基转移酶合成 6 个葡萄糖的 α-环糊精[8]
。用 4 种酶法合成新生儿益生糖——氮乙酰氨基葡萄糖-1,3-乳糖[9]。嗜热 β-葡萄糖苷酶在两相中合成非离子表面活性剂——辛基葡萄
 
糖苷[9]
。琼胶酶降解琼胶生成 2、4、6、8 和 10 糖[10]
。右旋糖酐酶水解葡聚糖生成麦芽糖,异麦芽三糖和葡萄糖
[10]
新发现的人参皂苷糖苷酶,从人参二醇类皂苷酶转化法获得稀有皂苷 Rh2,其得率比红参中提取提高了 500–700 倍,在大连已产业化,年产 Rh2 皂苷 300 kg,证明酶转化法可以生产中草药的有效成分[5,11]
。β-糖苷酶水解人参二醇皂苷Rb1 和 Rb2 的糖基生成抗癌人参皂苷 CompoundK。可提高免疫力,增加白血球等药效[10]。
硅基磁性纳米材料 Fe3O4SiO2 (Hb) 肌红蛋白具有过氧化物酶活性[9]。重组菌不对称催化合成手性环氧化物和手性邻位二醇产物 R-对氯苯二醇和 R-对氯苯乙二醇[10]。聚酮合酶是自然界最小,但功能最强大的合成工厂,催化合成抗生素次级产物,正在进行结构域研究
[5,10]。
长链二元酸是 10 个以上碳原子的脂肪族二羧酸,是化工合成高性能尼龙、麝香香料、润滑油、油漆、粘合剂、新型医药和农药的精细化工原料,长链二元酸的生物合成是中国独有的原创性新菌种、新工艺专利技术,已经大规模工业化生产,只有中国能应用这种技术生物合成生产一系列长链二元酸,并垄断了西方所没有的 7 种长链二元酸,每年产值有十几亿人民币,荣获多项国家重大成果奖
[4]
3 生物传感器
生物传感器应用于各类重要生化物质快速分析,我国已研制成功 101 种以上不同种类、台套的生物传感器,包括电极型、化学光敏型、场效应晶体管型、等离子体谐振型、光波导型、光纤型、压电晶体型、微悬臂列阵型、双分子质脂仿生型、椭扁光型、丝网印刷型,大多数采用酶膜、组织、微生物、受体蛋白、抗原抗体、叶绿体、DNA 探针作为探头,测定物质为乳酸、谷氨酸、血糖、尿素氨、尿酸、肾功能、青霉素、次黄嘌呤、谷氨酰胺、维生素 C、转氨酶、有机磷、BOD、丙酮酸、黄曲霉毒素、海洛因、酚、苯丙氨酸、胆固醇、细菌总数、乙醇、抗原抗体、嗅觉、硫化物、微生物、环境监测、二氧化碳、钾离子、胆碱、β-羟丁酸、农药、DNA 等。十个研究所组成的中国科学院国家传感联合开放实验室及全国院校做出了许多成果,微型血糖仪已商品化,山东省科学院生物研究所制备了一系列 SBA-30 乳酸分析仪、SBA-40 谷氨酸葡萄糖双功能分析仪、SBA 单电极分析仪、SBA60 四电极在线分析仪、SBA70血糖乳酸自动分析仪及可检测糖化酶、鱼虾鲜度、转氨酶、尿素氨、维生素 C 的生物传感器,已经形成了商品化,实际应用于发酵生产和实验室的实用检验。最近,还研制了 NADH 生物传感器[6]。
经过多年的科研积累,我国酶工程研究已形成了许多有特色的科研队伍和领路人,建立了许多技术平台,中国科学院在北京、天津、上海建立了酶工程共性的技术平台,中国农业科学院构建了饲料酶技术开发平台,北京化工大学建立了脂肪酶化学品合成技术平台,华东理工大学建立了脂肪酶工业应用平台,福州师范大学构建了微生物脂肪酶产业化技术平台,中国药科大学建立了氧化还原酶研发技术平台,江南大学建立了氧化还原催化体系技术平台,厦门大学建立了氧化还原酶检测平台,清华大学建立了生化工程技术平台,华南理工大学构建了酵母细胞表面展示技术平台。山东大学建立了微生物工业技术平台,合肥学院建立了生物与环境技术平台,吉林大学建立了分子酶学与进化技术平台。
我国酶工程研究开发团队做出了许多突出的成果与贡献,获得了多项国家奖励。荣获国家科学技术发明二等奖的有:姚斌研究员、孙志浩教授、郑裕国教授、陈坚教授、徐岩教授、杨立荣教授、谭天伟院士、陈国强教授。荣获国家科学技术进步二等奖的有:黄日波教授、金凤燮教授、曲音波教授、陈远童研究员。此外,高培基教授荣获教育部科学技术进步一等奖。在会议上,荣获酶工程贡献奖的有:孙志浩教授、金凤燮教授、黄日波教授、许建和教授、冯雁教授。曾先后参加过酶工程会议的院士有:邹承鲁院士、张树政院士、范云六院士、欧阳平凯院士、杨胜利院士、沈寅初院士、赵国屏院士、王志珍院士、田波院士和谭天伟院士。酶工程已成为我国十分重视的现代生物技术。
 
标签: 酶工程 酶制剂
 
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