甲酸脱氢酶用于辅酶NADH再生的研究进展.pdfVIP

第6卷第6期 过 程 工 程 学 报 Vo1.6No.6 2006年 12月 TheChineseJournalofProcessEngineering Dec.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)06-1011-06 I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(EC)，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(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 ofenz四」e Pro山ict 一 一 -~，一 月卜 和电化学等再生系统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‘~-.- HCOOH 统中用的最多的酶是脱氢酶，其次有氧化酶、氢化酶等. FDH 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