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立体选择性酰胺酶的筛选及其动力学拆分制备 S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酰胺的研究 摘 要 手性生物催化已成为制备光学纯化合物的经典方法。腈转化酶尤其是酰胺酶，底物范围广、立体选择性专一，在制备手性药物和农用化学品中间体中。S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酰胺是肾二肽脱氢酶抑制剂——西司他丁合成的关键中间体。通过R-立体选择性酰胺酶动力学拆分制备S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酰胺，反应条件温和、立体专一性好、环境友好，具有很好的工业化前景。III)复合物的显色反应，快速测定酰胺酶的活力及立体选择性。为验证模型的准确性，考察了酰胺酶催化的酰基转移反应和水解反应在立体选择性上的差异。通过该模型，从523株菌种中筛选到产酰胺酶的菌种8株，其中2株能够R-型立体选择性降解2,2-二甲基环丙烷甲酰胺Delftia tsuruhatensis，这是该种内首次报道的产R-型酰胺酶的菌株。D. tsuruhatensis ZJB-05174在30 ?C下，水解外消旋2,2-二甲基环丙甲酰胺的平均对映体选择率(E)为27；该菌株胞内酰胺酶的热稳定性好，在30和40 ?C下的半衰期分别达到78.6和46.2 h；酰胺酶的常用抑制剂——尿素对D. tsuruhatensis ZJB-05174酰胺酶的抑制效果不明显。这可能是该酰胺酶活性位点结构与其它酰胺酶不同引起的。 验证了用以乙酰胺为底物的酰基转移反应替代直接水解外消旋2,2-二甲基环丙甲酰胺测定酰胺酶活力的可行性。通过单因素实验和正交试验，对D. tsuruhatensis 产酰胺酶的培养基组成进行了优化。培养基组成为g/l)：葡萄糖8.4，乙酰胺3.56，酵母抽提物6.3，蛋白胨0.7， KH2PO41，K2HPO4 1，NaCl 1。D. tsuruhatensis 产酶适宜培养条件为：温度 30 ?C，初始pH 7.5，接种量4% (v/v)，装液量16%(v/v)。上述条件下，该菌株指数生长期的比生长速率μ为0.33 h-1，20 h后由酰基转移反应表示的酰胺酶的活力达到1.51 U/发酵液，是前的2.65倍。 ?C时酶活最高，但其立体选择性随温度的升高而不断降低，直至立体选择性的完全反转。该酶催化反应过程的2个重要热力学参数，熵变和焓变在菌体热处理 (56 ?C) 前后发生改变，是造成立体选择性不可逆反转的根本原因。向反应体系中添加共溶剂乙醇和乙腈后，酶活力分别提高2.7和2.2倍，E值由32上升至91和140。经反应条件优化后，酰胺酶的活力由14.3 μmol min-1 g-1提高到91.8 μmol min-1 g-1，为原来的6.2倍。产物经分离、纯化，制备得到S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酰胺样品，总收率达到43.6%。样品经旋光仪、红外光谱和核磁共振表征，表明其化学纯度和光学纯度均达到99%以上。 论文最后考察了D. tsuruhatensis ZJB-05174酰胺酶催化的立体选择性酰基转移反应。结果表明，添加共溶剂会加快副反应——酰胺水解的速率，对酰基转移反应的初速率没有影响。但随着副反应的加剧，底物消耗量增加，酰基转移反应的速率随之降低。相反地，增加反应体系中羟胺的浓度，可以有效降低副反应的发生。当羟胺和底物的浓度比达到10:1时，酰基转移反应和水解反应的速度相当。对该酶催化的酰基转移反应的动力学研究表明，其催化过程属于双底物乒乓机制。其动力学参数如下：表观最大反应速率：129.9 μmol min-1 g-1，对羟胺的米氏常数：150 mM，对酰胺的米氏常数：=10 mM。 关键词：酰胺酶，高通量筛选，手性分离，手性平衡，动力学拆分，立体选择性反转，S-(+)-2,2-二甲基环丙烷甲酰胺，共溶剂，酰基转移反应，氧肟酸 SCREENING FOR ENANTIOSELECTIVE AMIDASE: KINETIC RESOLUTION OF RACEMATE TO S-(+)-2,2-DIMETHYLCYCLOPROPANE CARBOXAMIDE ABSTRACT Chiral biocatalysis has already been a classical method in preparation enantiomerically pure compounds. Nitrile-converting enzymes, especially amidase, with wide substrate spectrum and strict stereospecificity, are playing more and more important roles in industrial biotransformations for produ