嗜烟节杆菌WYG001及其在制备N-BOC-L-高丝酸内酯中的应用

申请号 CN201410800564.3 申请日 2014-12-19 公开(公告)号 CN104531577A 公开(公告)日 2015-04-22
申请人 浙江工业大学; 发明人 王宇光; 朱冰春; 吴冬梅;
摘要 本 发明 公开了一种嗜烟 碱 节杆菌WYG001及其在制备N-BOC-L-高丝 氨 酸内酯中的应用,以嗜烟碱节杆菌WYG001经 发酵 培养获得的湿菌体或湿菌体 冷冻干燥 后的干菌体为催化剂,以N-BOC-DL-高丝氨酸内酯为底物,以0.1M、pH7.0 磷酸 缓冲液为反应介质,在20~50℃下进行转化反应,反应结束后,将反应液分离纯化,获得N-BOC-L-高丝氨酸内酯;本发明方法酶的区域选择性强,反应转化率高,下游分离简单,能耗低,环境污染小,适合工业化生产。
权利要求

1.嗜烟节杆菌(Arthrobacter nicotinovorans)WYG001,保藏于中国典型培养物保藏中心,保藏编号CCTCC NO:M 2014054,保藏日期2014年2月28日,保藏地址为中国,武汉,武汉大学,邮编430072。
2.一种权利要求1所述嗜烟碱节杆菌WYG001在制备N-BOC-L-高丝酸内酯中的应用。
3.如权利要求2所述的应用,其特征在于所述的应用为:以嗜烟碱节杆菌WYG001经发酵培养获得的湿菌体或湿菌体冷冻干燥后的干菌体为催化剂,以N-BOC-DL-高丝氨酸内酯为底物,以0.1M、pH7.0磷酸缓冲液为反应介质,在20~50℃、200rpm条件下进行转化反应,反应结束后,将反应液分离纯化,获得N-BOC-L-高丝氨酸内酯。
4.如权利要求3所述的应用,其特征在于所述催化剂的制备方法为:
(1)斜面培养:将嗜烟碱节杆菌WYG001接种至斜面培养基,30℃培养24h,获得菌体斜面;每升斜面培养基组成:肉膏5g,蛋白胨10g,NaCl 5g,琼脂20g,pH 7.0-7.2,加
1000mL;121℃灭菌20min;
(2)种子培养:从斜面菌体挑取一接种环菌体接种至种子培养基,在30℃、200r/min培养24h,获得种子液;种子培养基组成:蛋白胨10g/L,酵母膏5g/L,NaCl 10g/L,溶剂为水,pH 7.0;
(3)发酵培养:在无菌条件下,以体积浓度6-8%的接种量将种子液接种于产酶培养基中,30℃、200r/min培养24h,获得发酵液,培养结束后将发酵液12000rpm离心10min,弃上清液,得到嗜烟碱节杆菌WYG001湿菌体;产酶培养基组成为:乳糖5-15g/L,酵母膏
10-14g/L,NaCl 10g/L,MgSO40.22g/L、KH2PO40.136g/L,溶剂为水,pH 7.0;
(4)取步骤(3)湿菌体以1.2g/ml的量加入pH 7.0、0.1mol/L的磷酸盐缓冲液中,搅拌均匀,-80℃条件下冷冻干燥,得到干菌体。
5.如权利要求3所述的应用,其特征在于所述湿菌体的用量以缓冲液体积计为3~
150g/L。
6.如权利要求3所述的应用,其特征在于所述干菌体的用量以缓冲液体积计为1~
50g/L。
7.如权利要求3所述的应用,其特征在于所述底物初始浓度为1~100g/L。
8.如权利要求3所的应用,其特征在于所述反应液分离纯化的方法为:反应结束后,将反应液离心,取上清液,加入等体积的乙酸乙酯萃取,取乙酸乙酯层减压蒸馏至干脱除溶剂,得到N-BOC-L-高丝氨酸内酯。
9.如权利要求3所的应用,其特征在于所述反应在20~50℃反应1~30h。
10.如权利要求4所的应用,其特征在于产酶培养基组成为:乳糖10g/L,酵母膏12g/L,NaCl 10g/L,MgSO40.22g/L、KH2PO40.136g/L,溶剂为水,pH 7.0。

说明书全文

嗜烟节杆菌WYG001及其在制备N-BOC-L-高丝酸内酯

中的应用

(一)技术领域

[0001] 本发明涉及一种N-BOC-L-高丝氨酸内酯的合成方法,特别涉及利用嗜烟碱节杆菌WYG001(CCTCC M 2014054)催化外消旋BOC-DL-高丝氨酸内酯,立体选择性解反应合成光学纯N-BOC-L-高丝氨酸内酯,再将N-BOC-L-高丝氨酸内酯合成L-硒代蛋氨酸的方法。(二)背景技术
[0002] L-硒代蛋氨酸,英文名为:L-(+)-Selenomethionine,是一种重要的动物食品添加剂氨基酸,也是制备其它含硒药物的一种重要的中间体。其主要功能有:可以增强动物的精子活;增加机体化能力,提高免疫力;具有防癌抗癌的作用;还能帮助机体排出体内毒素(如重金属)等。
[0003] 光学纯形式的高丝氨酸内酯是重要的手性中间体,广泛用于医药和食品添加剂等领域。本发明采用生物酶法催化拆分制得一种手性中间体N-BOC-L-高丝氨酸内酯,并以其为底物成功合成了L-硒代蛋氨酸。
[0004] 由于高丝氨酸内酯的氨基比较活泼,其在不同的pH反应液中存在形式不同,给产物的提取带来不便,因此需要选择氨基保护基团对其进行保护。通过催化氨基保护的DL-高丝氨酸内酯选择性水解,实现消旋体中一个构型得以催化水解开环成酸,另一个构型不变,进而根据物理性质的不同,将高丝氨酸内酯的两种构型分开,最后得到光学纯的L-高丝氨酸内酯。
[0005] 目前,文献报道的合成N-BOC-L-高丝氨酸内酯主要通过L-高丝氨酸及其内酯氢溴酸盐或盐酸盐为底物,BOC氨基保护获得。其中L-高丝氨酸及其内酯盐的合成方法主要由相应构型的L-型天冬氨酸(韩冲,蒋立建,翟力海等.氨基酸和生物资源.2008,30(2):33-35)和L-型蛋氨酸(Troels Koch,Ole Buchardt,1993,1065-1067;Min-Can Wang,et al.Organic Chemistry.2008,73(1):168-176;腾汉兵.精细化工中间体.2008,38(3):20-21)为原料合成。其它的化学合成法还有以N-Boc保护的呋喃亚胺与α-叠氮乙酸乙酯不对称合成光学纯的高丝氨酸内酯。(Kumaraswamy G,et al.Tetrahedron Letters.2010,51(50):6500-6502)。化学合成工艺途径存在着收率低、成本高、步骤繁多、设备要求高、产物光学纯度较低、环境污染严重等问题。
[0006] 2011年,Mallam Venkataiah等(M Venkataiah,G Reddipalli,L Swarnalatha Jasti et al.Chemo-enzymatic synthesis of the azasugars1,4-dideoxyallonojirimycin and 1,4-dideoxymannojirimycin[J].Tetrahedron Asymmetry.2011,22:1855-1860)先将外消旋的苯乙酰化的α-氨基-γ-丁内酯,用10%液氨碱化调节pH成碱性,从而使内酯开环;然后用Immobilized Pen Gacylase水解得到开环的(R)型高丝氨酸和(S)-型的高丝氨酸的苯乙酰化的衍生物;最后在甲醇溶液中通过HCl酸化得到(S)构型的,N-苯乙酰-L-高丝氨酸内酯的e.e.>99%,收率为47%(没有转化率)。
[0007] 2007 年,Kazuya Mochizuki,Kentaro Miyazaki 等 (Kazuya M,Kentaro M.Microbial resolution of DL-homoserine for the production of D-homoserine using a novel isolate,Arthrobacter nicotinovorans strain 2-3[J].Enzyme and Microbial Technology.2007,41:318-321)先将外消旋的高丝氨酸内酯内酯氢溴酸盐开环得到高丝氨酸,然后以外消旋的高丝氨酸为唯一源,从土壤中筛选出能够选择性的水解掉L构型,而得到D构型的高丝氨酸的菌株。筛选出来的微生物菌株Arthrobacter nicotinovorans Strain在磷酸盐溶液中立体选择性的催化外消旋的高丝氨酸,得到光学纯的对映体的e.e.S>99.9%,D构型产率为25%,而L-构型的高丝氨酸收率约为4%,且转化时间为48h,反应时间过长,不易于工业化生产。
[0008] 相比之下,本发明所报道的生物法具有立体选择性高、反应条件温和、收率高及产物易分离纯化的优点。(三)发明内容
[0009] 本发明目的是提供一种N-BOC-L-高丝氨酸内酯的合成方法,该方法利用嗜烟碱节杆菌WYG001(CCTCC NO:M 2014054)催化外消旋N-BOC-DL-高丝氨酸内酯,立体选择性水解反应合成光学纯N-BOC-L-高丝氨酸内酯,再将N-BOC-L-高丝氨酸内酯合成L-硒代蛋氨酸,本发明方法具有立体选择性高、反应条件温和、收率高及产物易分离纯化的优点。
[0010] 本发明采用的技术方案是:
[0011] 本发明提供一株新菌株--嗜烟碱节杆菌(Arthrobacter nicotinovorans)WYG001,保藏于中国典型培养物保藏中心,保藏编号CCTCC NO:M2014054,保藏日期2014年2月28日,地址为中国,武汉,武汉大学,邮编430072。
[0012] 本发明还提供一种嗜烟碱节杆菌WYG001在制备N-BOC-L-高丝氨酸内酯中的应用,所述的应用为:以嗜烟碱节杆菌WYG001经发酵培养获得的湿菌体或湿菌体冷冻干燥后的干菌体为催化剂,以N-BOC-DL-高丝氨酸内酯为底物,以0.1M、pH7.0磷酸缓冲液为反应介质,在20~50℃、200rpm条件下进行转化反应(优选反应1-30h),反应结束后,将反应液分离纯化,获得N-BOC-L-高丝氨酸内酯。
[0013] 本发明所述催化剂的制备方法为:(1)斜面培养:将嗜烟碱节杆菌WYG001接种至斜面培养基,30℃培养24h,获得菌体斜面;每升斜面培养基(肉膏蛋白胨培养基)组成:牛肉膏5g,蛋白胨10g,NaCl 5g,琼脂20g,pH 7.0-7.2,加水至1000mL;121℃灭菌20min。
[0014] (2)种子培养:从斜面菌体挑取一接种环菌体接种至种子培养基,在30℃、200r/min培养24h,获得种子液;种子培养基组成:蛋白胨10g/L,酵母膏5g/L,NaCl 10g/L,溶剂为水,pH 7.0;
[0015] (3)发酵培养:在无菌条件下,以体积浓度6-8%的接种量将种子液接种于产酶培养基中,30℃、200r/min培养24h,获得发酵液,培养结束后将发酵液12000rpm离心10min,弃上清液,得到嗜烟碱节杆菌WYG001湿菌体;产酶培养基组成为:乳糖5-15g/L,酵母膏10-14g/L,NaCl 10g/L,MgSO40.22g/L、KH2PO40.136g/L,溶剂为水,pH 7.0;
[0016] (4)取步骤(3)湿菌体以1.2g/ml的量加入pH 7.0、0.1mol/L的磷酸盐缓冲液中,搅拌均匀,-80℃条件下冷冻干燥,得到干菌体。
[0017] 进一步,所述湿菌体的用量以缓冲液体积计为3~150g/L,优选10~100g/L,最优选10~50g/L,所述干菌体的用量以缓冲液体积计为1~50g/L,优选5~30g/L,所述底物初始浓度为1~100g/L,优选5-50g/L。
[0018] 本发明所述反应液分离纯化的方法为:反应结束后,将反应液离心,取上清液,加入等体积的乙酸乙酯萃取,取乙酸乙酯层减压蒸馏至干脱除溶剂,得到N-BOC-L-高丝氨酸内酯。
[0019] 进一步,所述反应在20~50℃反应1~30h,更优选反应温度为30~35℃。
[0020] 本发明产酶培养基组成优选为:乳糖10g/L,酵母膏12g/L,NaCl 10g/L,MgSO40.22g/L、KH2PO40.136g/L,溶剂为水,pH 7.0。
[0021] 本发明利用N-BOC-L-高丝氨酸内酯制备L-硒代蛋氨酸的方法为:
[0022] (1)将N-Boc-L-高丝氨酸内酯与质量浓度33%氢溴酸的乙酸溶液混合,100℃加热回流10h,继续搅拌反应10h,缓慢降至室温,静置过夜,过滤,有固体析出,过滤得到产物L-2-氨基-4-溴丁酸氢溴酸盐,并用乙酸乙酯30mL洗涤产物,烘干得到白色固体,收率为85%;所述氢溴酸的乙酸溶液的体积用量以N-Boc-L-高丝氨酸内酯质量计为2.5ml/g;
[0023] (2)将二甲基二硒醚与无水甲醇混合,在氮气保护下分批加入氢化钠(硼氢化钠:二甲基二硒醚=质量比2:1),室温搅拌0.5h-2.5h,溶液由金黄色变为无色透明,得到CH3SeNa醇溶液;向CH3SeNa醇溶液中加入2-氨基-4溴丁酸氢溴酸盐,油浴加热至45℃-65℃,继续搅拌2-10h,反应结束后过滤即可得到L-硒代蛋氨酸粗产品;所述2-氨基-4溴丁酸氢溴酸盐与二甲基二硒醚质量比为1.4:1,所述无水甲醇的体积用量以二甲基二硒醚质量计为8ml/g。
[0024] N-BOC-L-高丝氨酸内酯(Ⅰ),经氢溴酸开环溴化得到S-2-氨基-4-溴-丁酸内(Ⅲ),在硼氢化钠存在下与二甲基二硒醚反应制的L-硒代蛋氨酸(Ⅴ)。
[0025]
[0026] 本发明所述医药中间体N-BOC-L-高丝氨酸内酯的制备方法的有益效果主要体现在:本发明提供一株新菌株--嗜烟碱节杆菌(Arthrobacter nicotinovorans)WYG001,利用嗜烟碱节杆菌WYG001制备N-BOC-L-高丝氨酸内酯,酶的区域选择性强,反应转化率高,下游分离简单,能耗低,环境污染小,适合工业化生产。(四)附图说明
[0027] 图1外消旋体N-BOC-L-高丝氨酸内酯对照品气相色谱图,峰a为N-Boc-D-高丝氨酸内酯,保留时间16.831分钟,峰面积489.4,峰高51.2,峰宽0.1465,对称因子1.16,峰b为N-Boc-L-高丝氨酸内酯,保留时间17.797分钟,峰面积485.9,峰高50.1,峰宽0.1501,对称因子0.905;
[0028] 图2N-BOC-L-高丝氨酸内酯标准品的气相色谱图,峰b为N-Boc-L-高丝氨酸内酯,保留时间17.791分钟,峰面积677.1,峰高73.1,峰宽0.1111,对称因子0.788;
[0029] 图3微生物催化产物N-BOC-L-高丝氨酸内酯的气相色谱图,峰b为N-Boc-L-高丝氨酸内酯,保留时间17.792分钟,峰面积628.2,峰高67.4,峰宽0.1327,对称因子0.815。
[0030] 图4为本发明反应流程图
[0031] 图5为菌株WYG001的菌落形态图。
[0032] 图6为菌株WYG001在100倍下的光学显微照片。
[0033] 图7为菌株WYG001的16S rDNA电泳图,A为菌株WYG001的电泳图,左侧泳道为菌株WYG001,右侧泳道为标准分子量,B为A的放大图。(五)具体实施方式
[0034] 下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述,但本发明的保护范围并不仅限于此:
[0035] 实施例1
[0036] 1、微生物的筛选
[0037] 本发明涉及到的微生物通过以下程序筛选分离得到:称取湿土样1~2g(从全国不同环境条件下土壤中取得)混悬于10mL 0.5%无菌生理盐水中,振荡混匀;接1~2mL混悬液于30mL液体富集培养基中,在30℃、200r/min下培养2~3d后,无菌操作转接1mL浑浊的菌液到新鲜的液体富集培养基,连续富集3次。富集培养基中,以N-BOC-DL-高丝氨酸内酯为唯一碳源,配方如下:NaNO34.0g/L,KH2PO42.0g/L,MgSO4·7H2O 0.5g/L,KCl 1.0g/L,ZnSO40.05g/L,溶剂为水,pH 7.0。第一轮富集的N-BOC-DL-高丝氨酸内酯的浓度1g/L,第二轮的浓度为3g/L,第三轮的浓度为5g/L,pH 7.0。将第三轮富集后菌液经梯度稀释,涂布分离平板培养基,多次分离,获取单菌落。分离平板培养基组成为:富集培养基加入琼脂终浓度20g/L,底物N-BOC-DL-高丝氨酸内酯终浓度为5g/L,pH 7.0。
[0038] 挑取分离得到的单菌落接种于斜面培养基,30℃培养1-2天,获得斜面菌体。从斜面菌体挑取一接种环菌体接种至50mL的种子培养基,在30℃、200r/min培养24h,获得种子液。在无菌条件下,取3mL种子液接种于50mL的产酶培养基中,30℃、200r/min培养24h,获得发酵液。每升斜面培养基组成牛肉膏5g,蛋白胨10g,NaCl 5g,琼脂20g,pH7.0-7.2,加水至1000mL;种子培养基配方为:蛋白胨10g/L,酵母膏5g/L,NaCl 10g/L,溶剂为水,pH 7.0;产酶培养基组成为:乳糖10g/L,酵母膏12g/L,NaCl 10g/L,MgSO40.22g/L、KH2PO40.136g/L,溶剂为水,pH 7.0。取15mL发酵液于50mL离心管中12000rpm离心10min,弃上清液,加入5mL 0.1mol/L pH 7.0的磷酸盐缓冲液,振荡混匀,再加入终浓度8g/L底物N-Boc-DL-高丝氨酸内酯,在30℃、200r/min下,转化反应24h。取出离心管,取1mL的反应液,加入2mL乙酸乙酯,充分振荡,6000rpm离心5min。取上层有机相1mL,用少量无水硫酸钠干燥除水,以高效液相色谱检测N-Boc-L-高丝氨酸内酯的对映体过量值
[0039] (e.e.),反应转化率C,筛选对映体过量值(e.e.)大于90%,反应转化率C为(45%-60%)的微生物菌株,记为菌株WYG001。
[0040] 2、微生物菌株的鉴定
[0041] 生理生化特征:菌株WYG001为革兰氏阴性菌,专性好氧,生长对pH变化较敏感,最2+
适pH为7.0,菌落形态见图5和图6所示。利用无机氮源的能力较差,生长和产酶受到Cu 、
2+ 3+ 2+ 2+ + +
Fe 、Al 、Zn 等的抑制,受到Mg 、K、Na等的促进。
[0042] 经测序鉴定,菌株WYG001的16S rDNA序列如下(SEQ ID NO.1),电泳图见图7所示:
[0043] TGCTTACACATGCAAGTCGAACGATGATCCCAGCTTGCTGGGGGATTAGTGGCGAACGGGTGAGTAACACGTGAGTAACCTGCCCTTGACTCTGGGATAAGCCTGGGAAACTGGGTCTAATACCGGATATGACTCCTCATCGCATGGTGGGGGGTGGAAAGCTTTTGTGGTTTTGGATGGACTCGCGGCCTATCAGCTTGTTGGTGGGGTAATGGCCTACCAAGGCGACGACGGGTAGCCGGCCTGAGAGGGTGACCGGCCACACTGGGACTGAGACACGGCCCAGACTCCTACGGGAGGCAGCAGTGGGGAATATTGCACAATGGGCGCAAGCCTGATGCAGCGACGCCGCGTGAGGGATGACGGCCTTCGGGTTGTAAACCTCTTTCAGTAGGGAAGAAGCGTAAGTGACGGTACCTGCAGAAGAAGCGCCGGCTAACTACGTGCCAGCAGCCGCGGTAATACGTAGGGCGCAAGCGTTATCCGGAATTATTGGGCGTAAAGAGCTCGTAGGCGGTTTGTCGCGTCTGCTGTGAAAGACCGGGGCTCAACTCCGGTTCTGCAGTGGGTACGGGCAGACTAGAGTGCAGTAGGGGAGACTGGAATTCCTGGTGTAGCGGTGAAATGCGCAGATATCAGGAGGAACACCGATGGCGAAGGCAGGTCTCTGGGCTGTAACTGACGCTGAGGAGCGAAAGCATGGGGAGCGAACAGGATTAGATACCCTGGTAGTCCATGCCGTAAACGTTGGGCACTAGGTGTGGGGGACATTCCACGTTTTCCGCGCCGTAGCTAACGCATTAAGTGCCCCGCCTGGGGAGTACGGCCGCAAGGCTAAAACTCAAAGGAATTGACGGGGGCCCGCACAAGCGGCGGAGCATGCGGATTAATTCGATGCAACGCGAAGAACCTTACCAAGGCTTGACATGAACCGGAAAGACCTGGAAACAGGTGCCCCGCTTGCGGTCGGTTTACAGGTGGTGCATGGTTGTCGTCAGCTCGTGTCGTGAGATGTTGGGTTAAGTCCCGCAACGAGCGCAACCCTCGTTCTATGTTGCCAGCGGTTCGGCCGGGGACTCATAGGAGACTGCCGGGGTCAACTCGGAGGAAGGTGGGGACGACGTCAAATCATCATGCCCCTTATGTCTTGGGCTTCACGCATGCTACAATGGCCGGTACAAAGGGTTGCGATACTGTGAGGTGGAGCTAATCCCAAAAAGCCGGTCTCAGTTCGGATTGGGGTCTGCAACTCGACCCCATGAAGTCGGAGTCGCTAGTAATCGCAGATCAGCAACGCTGCGGTGAATACGTTCCCGGGCCTTGTACACACCGCCCGTCAAGTCACGAAAGTTGGTAACACCCGAAGCCGGTGGCCTAACCCTTGTGGGGGGAGCCGTCGAAGGTGGGACCGGCGATGGGACTAAGTC
[0044] 根据生理生化特性和分子生物学鉴定,该菌株被鉴定为嗜烟碱节杆菌菌(Arthrobacter nicotinovorans),命 名 为 嗜 烟 碱 节 杆 菌 菌 (Arthrobacter nicotinovorans)WYG001,保藏于中国典型培养物保藏中心(地址中国,武汉,武汉大学,430072),保藏编号CCTCC NO:M 2014054,保藏日期2014年2月28日。
[0045] 实施例2:
[0046] 斜面培养:将嗜烟碱节杆菌WYG001接种至斜面培养基,30℃培养24h,获得菌体斜面;斜面培养基组成同实施例1。
[0047] 种子培养:从斜面菌体挑取一接种环菌体接种至100mL种子培养基,在30℃、200r/min培养24h,获得种子液;种子培养基组成同实施例1。
[0048] 发酵培养:在无菌条件下,取10mL种子液接种于150mL的产酶培养基中,30℃、200r/min培养24h,获得发酵液,培养结束后将发酵液12000rpm离心10min,弃上清液,得到嗜烟碱节杆菌WYG001湿菌体。取湿菌体以1.2g/ml的量加入pH 7.0、0.1mol/L的磷酸盐缓冲液中,搅拌均匀,-80℃条件下冷冻干燥得到干菌体。
[0049] 实施例3:
[0050] 取实施例2方法获得的湿菌体0.34g,加入N-BOC-DL-高丝氨酸内酯50mg和0.1M、pH7.0磷酸缓冲液5mL,在30℃、200rpm条件下,搅拌反应7.5h。将反应液过滤除去酶,取滤液用气相色谱分析测定转化后的N-Boc-DL-高丝氨酸内酯的含量,计算酶活,该发酵液比酶活力为36.85U/L。
[0051] 酶活定义为:U为1个酶活力单位,所述的1个酶活力单位是在规定的条件下,每分钟将1μmol的N-Boc-高丝氨酸内酯水解成N-Boc-高丝氨酸所需的酶量。
[0052] 气相色谱分析条件:采用气相色谱仪Agilent 6890型气相色谱仪;手性气相色谱柱BGB-175(0.25mm×30m);载气N2(14.54kPa),分流比20:1,进样口温度250℃,检测器温度220℃;柱箱升温程序:初始温度180℃,保持20min;进样量1.0μL,氢气流量:30mL/min空气流量:300mL/min;尾吹气流量:N225mL/min;氢离子火焰检测器。N-BOC-D-高丝氨酸内酯和N-BOC-L-高丝氨酸内酯分别在16.831min和17.797min出峰。
[0053] 用于酶活测定的N-BOC-DL-高丝氨酸内酯标准曲线方程:
[0054] 配制浓度分别为0.1%、0.4%、0.5%、0.6%、0.8%、1.0%的外消旋N-Boc-DL-高丝氨酸内酯(w/v),利用气相色谱进行检测,得出内酯的浓度与峰面积之间的线性关系,以N-Boc-DL-高丝氨酸内酯的质量浓度为纵坐标,气相色谱检测所得峰面积为横坐标得到标2
准曲线方程:y=1352x–26.79,在0.1%-2%(w/v)浓度范围内,相关系数R=0.999,达到了外标法所需的要求,该曲线可以用于N-Boc-DL-高丝氨酸内酯的分析测定。
[0055] 酶活计算公式:
[0056] A=[(a1-a)/a1]×[C×V/(M×t)]×106 公式(1)
[0057] A——样品中酶的活力(U);
[0058] a——转化反应结束后转化液中N-BOC-DL-高丝氨酸内酯的峰面积;
[0059] a1——根据上述标准曲线方程计算出的与初始底物浓度相同的N-BOC-DL-高丝氨酸内酯标样的峰面积;
[0060] C——转化液中,底物的质量浓度,g/L;
[0061] V——转化液体积,L;
[0062] M——底物N-BOC-DL-高丝氨酸内酯的摩尔质量,g/mol;
[0063] t——转化时间,Min。
[0064] 实施例4:
[0065] 取实施例2方法获得的干菌体0.2g,加入N-BOC-DL-高丝氨酸内酯0.1g,0.1M、pH7.0磷酸缓冲液10mL,在30℃、200rpm条件下,搅拌反应7.5h。采用实施例3方法测定酶活,该干菌体比酶活力为5.53U/g。
[0066] 实施例5:
[0067] 取实施例2方法所得湿菌体3.4g,加入N-BOC-DL-高丝氨酸内酯0.25g和0.1M、pH7.0磷酸缓冲液50mL,在30℃、200rpm条件下,搅拌反应4h,反应结束后,将反应液离心,取上清液,加入等体积的乙酸乙酯萃取,取乙酸乙酯层减压蒸馏至干脱溶剂后,得到N-BOC-L-高丝氨酸内酯0.12g。采用GC(检测条件同实施例3)检测计算得到N-BOC-L-高丝氨酸内酯的对映体过量值e.e.s99.9%,转化率C为51.8%,产率为96.4%。
[0068] 对映体过量值(enantiomeric excesses)是衡量酶选择性的重要指标,N-BOC-L-高丝氨酸内酯的对映体过量值简称e.e.s,其计算公式为:
[0069] 公式(2)
[0070] 其中S表示底物,SR和SS分别为(D)-和(L)-构型的底物的峰面积。
[0071] 反应转化率的计算公式为:
[0072] 公式(3)
[0073] N-BOC-L-高丝氨酸内酯的得率(Yield)的计算公式为
[0074]
[0075] 其中,SR0和SS0分别为(D)-和(L)-构型的底物的初始峰面积。
[0076] 实施例6:
[0077] 取实施例2方法制得的嗜烟碱节杆菌WYG001干菌体1g,加入N-BOC-DL-高丝氨酸内酯0.5g和0.1M、pH7.0磷酸缓冲液100mL,在30℃、200rpm条件下,搅拌反应7.5h,反应结束后,将反应液离心,取上清液,加入等体积的乙酸乙酯萃取,取乙酸乙酯层减压蒸馏至干脱溶剂后,得N-BOC-L-高丝氨酸内酯0.24g。采用GC(检测条件同实施例3)检测计算得到N-BOC-L-高丝氨酸内酯的对映体过量值e.e.s为99.9%,转化率C为52.0%,产率为96.0%。
[0078] 实施例7
[0079] 取实施例2方法制得的嗜烟碱节杆菌WYG001干菌体4g,加入N-BOC-DL-高丝氨酸内酯2g和0.1M、pH7.0磷酸缓冲液100mL,在30℃、200rpm条件下,搅拌反应8h,反应结束后,将反应液离心,取上清液,加入等体积的乙酸乙酯萃取,取乙酸乙酯层减压蒸馏至干脱溶剂后,得N-BOC-L-高丝氨酸内酯0.97g。采用实施例3方法检测N-BOC-L-高丝氨酸内酯的对映体过量值e.e.99.9%,转化率C为51.0%,产率为97.0%。
[0080] 实施例8
[0081] 取实施例2方法制得的嗜烟碱节杆菌WYG001干菌体1.0g,加入N-BOC-DL-高丝氨酸内酯0.5g和0.1M、pH7.0磷酸缓冲液20mL,在35℃、200rpm条件下,搅拌反应14h,反应结束后,将反应液离心,取上清液,加入等体积的乙酸乙酯萃取,取乙酸乙酯层减压蒸馏至干脱溶剂后,得N-BOC-L-高丝氨酸内酯0.233g。采用实施例3方法检测计算得到N-BOC-L-高丝氨酸内酯的对映体过量值e.e.s为99.9%,转化率C为52.5%,产率为93.2%。
[0082] 实施例9
[0083] 取实施例2方法制得的嗜烟碱节杆菌WYG001干菌体1.0g,加入N-BOC-DL-高丝氨酸内酯1g和0.1M、pH7.0磷酸缓冲液20mL,在35℃、200rpm条件下,搅拌反应30h后,反应结束后,将反应液离心,取上清液,加入等体积的乙酸乙酯萃取,取乙酸乙酯层减压蒸馏至干脱溶剂后,得N-BOC-L-高丝氨酸内酯0.453g。采用GC检测计算得到N-BOC-L-高丝氨酸内酯的对映体过量值e.e.s为95.6%,转化率C为52.0%,产率为90.6%。
[0084] 实施例10:
[0085] 取实施例2方法制得的嗜烟碱节杆菌WYG001干菌体0.2g,加入N-BOC-DL-高丝氨酸内酯0.15g和0.1M、pH7.0磷酸缓冲液10mL,在30℃、200rpm条件下,搅拌反应13h,反应结束后,将反应液离心,取上清液,加入等体积的乙酸乙酯萃取,取乙酸乙酯层减压蒸馏至干脱溶剂后,得N-BOC-L-高丝氨酸内酯0.144g。采用实施例3方法检测N-BOC-L-高丝氨酸内酯的对映体过量值e.e.99.9%,转化率C为50.8%,产率为96.0%。
[0086] 实施例11:
[0087] 取实施例1方法制得的嗜烟碱节杆菌WYG001干菌体1.5g,加入N-BOC-DL-高丝氨酸内酯1.5g和0.1M、pH7.0磷酸缓冲液100mL,在30℃、200rpm条件下,搅拌反应13h,反应结束后,将反应液离心,取上清液,加入等体积的乙酸乙酯萃取,取乙酸乙酯层减压蒸馏至干脱溶剂后,得N-BOC-L-高丝氨酸内酯0.725g。采用GC检测计算得到N-BOC-L-高丝氨酸内酯的对映体过量值e.e.s为99.9%,转化率C为50.7%,产率为96.6%。
[0088] 实施例12:
[0089] 取实施例1方法制得的嗜烟碱节杆菌WYG001干菌体5g,加入N-BOC-DL-高丝氨酸内酯10g和0.1M、pH7.0磷酸缓冲液100mL,在40℃、200rpm条件下,搅拌反应15h,反应结束后,将反应液离心,取上清液,加入等体积的乙酸乙酯萃取,取乙酸乙酯层减压蒸馏至干脱溶剂后,得N-BOC-L-高丝氨酸内酯4.70g。采用GC检测计算得到N-BOC-L-高丝氨酸内酯的对映体过量值e.e.s为99.0%,转化率C为51.2%,产率为94.0%。
[0090] 实施例13:
[0091] 将实施例11中嗜烟碱节杆菌WYG001干菌体分别用表1中的干菌体0.2g替代(干菌体的制备同实施例2),加入N-BOC-DL-高丝氨酸内酯0.1g和0.1M、pH7.0磷酸缓冲液10mL,在30℃、200rpm条件下,搅拌反应24h,反应结束后,将反应液离心,取上清液,加入等体积的乙酸乙酯萃取,取乙酸乙酯层减压蒸馏至干脱溶剂后,得N-BOC-L-高丝氨酸内酯。
采用GC检测计算得到N-BOC-L-高丝氨酸内酯的对映体过量值e.e.s和转化率C,见表1。
[0092] 表1
[0093]
[0094] 表1结果表明,米曲霉wzz007等菌株对底物具有一定的催化效果和立体选择性,但是效果上不如本发明嗜烟碱节杆菌WYG001。
[0095] 实施例14:
[0096] (1)取实施例2方法制得的嗜烟碱节杆菌WYG001干菌体10g,加入N-BOC-DL-高丝氨酸内酯5g和0.1M、pH7.0磷酸缓冲液200mL,在30℃、200rpm条件下,搅拌反应11h,终止反应,反应液离心除去菌体,上清液用乙酸乙酯萃取(50mL×5),取乙酸乙酯层减压蒸馏至干脱溶剂后,得到光学纯的N-Boc-L-高丝氨酸内酯2.40g(检测方法同实施例3),产率为96.0%;N-BOC-L-高丝氨酸内酯的对映体过量值e.e.s为99.9%,其数据结构表征如下:
[0097] 1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.34(d,J=8.4Hz,1H),4.37-4.28(m,2H),4.19-4.15(m13
,1H),2.39-2.34(m,1H),2.17-2.12(m,1H),1.39(s,9H). C NMR(150MHz,CDCl3))δ174.5,
155.6,78.5,64.7,49.1,29.2,27.3.Mp 123-125℃.[α]D=+8.6°(c=1,CHCl3)[0098] (2)2-氨基-4-溴丁酸氢溴酸盐的合成
[0099]
[0100] 在50mL的圆口烧瓶中,加入N-Boc-L-高丝氨酸内酯2.40g,然后加入6mL质量浓度33%的氢溴酸的乙酸溶液,油浴加热至100℃,继续搅拌反应10h,反应液由混浊变至澄清,缓慢降至室温,静置过夜,有固体析出,过滤,得到2-氨基-4溴丁酸氢溴酸盐的粗产品,并用乙酸乙酯洗涤产物,最后干燥得到白色固体2.65g,收率为85%。
[0101] 1H NMR(500MHz,D2O)δ2.22-2.41(m,2H),3.59-3.71(m,2H),4.00(d,J =13
5.6Hz,1H). C NMR(126MHz,D2O)δ174.6,51.7,32.9,28.3.
[0102] (3)L-硒代蛋氨酸氢溴酸盐的合成
[0103]
[0104] 在50mL的两口烧瓶中,加入1.88g二甲基二硒醚,然后加入15mL的无水甲醇,使其混合,一端连有氮气保护装置。在氮气保护下分批加入硼氢化钠3.76g,以防止反应过于剧烈。室温(25℃)搅拌10分钟,溶液由金黄色变为无色透明,得到CH3SeNa醇溶液。将制备的CH3SeNa醇溶液中加入2.65g 2-氨基-4溴丁酸氢溴酸盐,油浴加热至60℃,继续搅拌5h。反应结束后有固体析出,过滤即可得到L-硒代蛋氨酸的粗产品然后再用乙醇洗涤产物,干燥得到白色固体。收率为61.2%。
[0105] 1H NMR(500MHz,D2O)δ3.73-3.71(m,1H),2.52-2.49(m 2H),2.15-2.04(m,2H13
),1.92-1.90(m,3H). C NMR(125MHz,D2O)δ174.2,54.9,31.0,19.4,3.4.MS(ESI):m/z[M+H]+:198.Mp 267.2-269.3℃.[α]D=+18.8°(c=1,1N HCl)。
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