氯过氧化物酶修饰电极用于岩白菜素的电催化氯化

将氯过氧化物酶(CPO)与双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)混合后滴涂于玻碳(GC)电极表面, 制得CPO-DDAB/GC修饰电极. 循环伏安结果显示, 固定在电极表面的CPO可与电极之间发生直接的电子传递作用. 利用高效液相色谱-质谱联用技术对反应产物进行表征, 结果显示, 以该CPO修饰电极为工作电极, 在氧气饱和的氯化钾-岩白菜素溶液中, 利用CPO催化氧还原生成的过氧化氢可进一步驱动CPO对岩白菜素的催化氯化反应. 经估算总转化数(TTN)达到13600, 即1 mol CPO可催化13600 mol岩白菜素.     

光合细菌羰基还原酶不对称还原苯乙酮的研究

从本实验室筛选得到的类球红杆菌(Rhodobacter sphaeroides)中,通过超声破碎、硫胺沉淀、DEAE-Sepha-dexA-25阴离子交换层析分离得到一种较纯的依赖NADPH的羰基还原酶.对其进行SDS-PAGE电泳分析,显示一条带,测得其相对分子量约为37kD.建立了羰基还原酶催化苯乙酮反应体系并对其进行优化,得出该酶催化苯乙酮的最适反应pH值为8,最适温度为37℃,在pH值为7～9之间比较稳定,其热稳定性较低.该酶对苯乙酮的米氏常数Km和最大反应速率Vmax分别为0.26mmol·L-1和2.4μmol·min-1·mg-1,最佳反应时间为24h·催化苯乙酮的主要产物为(S)-苯乙醇,其产率为58.5%,ee值可达到99%以上,是很有前景的生物催化剂之一.对酶催化与辅酶再生体系相结合进行了初步的研究,提出了氢化酶再生辅酶与菌绿素再生辅酶体系,为今后的酶催化工业生产奠定了基础.     

伴有辅酶再生的生物催化过程

很多生物催化的氧化还原反应需要昂贵辅酶的参与,本文详细介绍了伴有辅酶再生的生物催化过程中,辅酶的使用、辅酶的酶反应再生、电化学再生及载体再生的特点,并对各种再生方法的优缺点进行了比较,同时介绍了辅酶的固定化及化学改性方法的研究进展.简单综述了伴有辅酶再生的基于细胞、游离酶和固定化酶的生物催化系统的研究和应用,并展望了辅酶的研究前景及辅酶再生研究的发展方向和亟待解决的问题.     

手性苄基甲基亚砜的氯过氧化物酶催化定向合成

基于氯过氧化物酶(CPO)对有机底物的手性识别功能,以CPO催化、叔丁基过氧化氢(TBHP)氧化甲基苄基硫醚合成手性R-苄基甲基亚砜,并在反应体系中引入多羟基化合物及季铵盐提高了目标产物的产率;反应主要受体系的pH值、氧化剂类型、反应时间、氧化剂/底物摩尔比,以及CPO用量等因素控制.引入多羟基化合物(甘油,PEG400,PEG600)时,R-苄基甲基亚砜的产率及ee值可分别达到65.5%和96.3%;而引入季铵盐(TEABr,TPABr,TBABr)时,其产率提高到78.2%～68.5%,ee值为95.4%～94%.UV-vis及荧光光谱分析表明反应体系中引入少量添加剂时CPO活性中心的血红素辅基暴露程度增加,底物容易接近,同时CPO的α-螺旋结构得以加强,从而有效改善了CPO的催化性能.与目前的合成方法相比,CPO酶促氧化制备手性R-苄基甲基亚砜高效、定向,酶用量极少,具有一定的产业化应用潜能.     

水相中酵母细胞催化4-氯乙酰乙酸乙酯不对称还原反应

 利用活性酵母细胞催化4-氯乙酰乙酸乙酯(COBE)的不对称还原可以直接合成具有光学活性的4-氯-3-羟基丁酸乙酯(CHBE). 实验发现,在水相体系中主要生成D-(S)-型产物,COBE的转化率及CHBE的收率和光学选择性都比较高. 考察了底物和产物的浓度、辅助底物的种类和浓度、体系的pH和温度以及菌体培养条件等因素对反应的影响. 结果表明,在较低COBE浓度下R型产物占优,在高浓度下主要是S型产物; 较高的反应温度有利于S型产物的生成,pH≈8.0时可获得较高的S型产物选择性; 产物CHBE对COBE的还原反应具有一定的抑制作用. 在酵母催化COBE还原的同时需要一定的辅助底物来再生辅酶NAD(P)H,利用乙醇、异丙醇和仲丁醇作辅助底物可获得较高的立体选择性. 对数生长期和厌氧条件培养的细胞对生成S型产物较有利.     

仿生光(电)催化NADH再生

NADH依赖的氧化还原酶广泛应用于精细化学品合成和手性药物开发等领域。NADH作为还原当量在氧化还原酶催化过程中起着关键作用。鉴于高成本NADH的计量性使用,寻求绿色、经济和高效的NADH再生策略是该领域的研究热点和难点。近年来,光(电)催化NADH再生受到了广泛的关注。本文从模拟自然界光合作用的Z机制出发,基于光(电)催化辅酶再生过程中的光诱导电子转移、空穴捕获等关键问题,总结了NADH再生领域的相关工作,为进一步设计高效的辅酶再生体系提供了研究思路。本文最后还简介了NADH依赖的光-酶协同催化的研究进展,并对仿生光催化辅酶再生体系面临的挑战和光-酶偶联的发前景展进行了讨论与展望。     

基于离子液体共溶剂效应的氯过氧化物酶催化氧化邻苯二胺的研究

通过缓冲液-离子液体混合溶剂中氯过氧化物酶(CPO)催化氧化邻苯二胺(OPD)的产物结构和性能的表征,证实此酶促反应的产物为2,3-二氨基吩嗪(DAP);OPD-H2O2-CPO反应体系有望用于荧光酶联免疫分析;酶动力学分析表明以咪唑类离子液体(ILS)为共溶剂时,CPO对底物的亲和力及对底物识别的专一性都得以改善,从而有效提高了产物收率;酶促反应主要受CPO的稳定性及酶的用量等因素控制.在最佳条件下,产率可达81.16%.     

手性环氧氯丙烷的CPO酶催化不对称合成

基于氯过氧化物酶(CPO)对有机底物的手性识别,以CPO催化、叔丁基过氧化氢(TBHP)氧化3-氯丙烯合成手性(R)-环氧氯丙烷,并引入多羟基化合物为添加剂提高了目标产物的产率及对映选择性.反应主要受体系的pH值以及CPO用量等因素控制.UV-vis及CD光谱分析表明,反应体系中引入多羟基化合物(甘油、PEG400、PEG600)时,CPO的血红素辅基暴露程度增加,底物容易接近活性中心,同时CPO的α-螺旋结构得以加强,从而有效提高了产物收率.CPO对底物的手性识别主要基于底物与酶催化中间体([Fe(IV)=O·]+)形成的复合物对酶的稳定性的影响.通过反应条件优化,(R)-环氧氯丙烷产率可达67.3%,对映选择性(ee)97.5%.     

木糖辅助底物对近平滑假丝酵母催化(R,S)-苯基乙二醇不对称氧化还原合成(S)-苯基乙二醇体系稳定性的促进作用

通过分析近平滑假丝酵母Candida parapsilosis催化外消旋苯基乙二醇(PED)不对称氧化还原合成(S)-苯基乙二醇的反应过程,结合微生物中糖类的代谢路径研究,建立了一种以木糖为辅助底物的NADPH辅酶再生的方法,提高了该催化系统的稳定性.结果表明,相同条件下反应体系中添加8 g/L的木糖可使(S)-PED产物的对映体过量值(ee)和产率分别提高14%和10%;菌体可重复使用3~4次,而产物ee值保持在98%.考察了木糖对表达羰基还原酶重组大肠杆菌体系催化效果的影响,发现木糖是通过强化(S)-羰基还原酶的催化作用提高了催化系统的稳定性,其原因是在磷酸戊糖途径中再生了氧化还原反应所需的NADPH辅酶.     

PVA微晶交联和SA/PAA双网络协效增强增韧SA纤维

为了提高海藻酸钠(SA)纤维的断裂强度和断裂伸长率, 以丙烯酸(AA)为化学交联组分, SA为离子交联组分, 聚乙烯醇(PVA)为微晶交联组分, 采用湿法纺丝和冻融循环方法制备含有PVA微晶交联点和海藻酸钠/聚丙烯酸(SA/PAA)双网络结构的海藻酸钠/聚丙烯酸/聚乙烯醇(SA/PAA/PVA)复合纤维. 通过流变性能、 力学性能、 红外光谱、 X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)测试研究了交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)含量和PVA微晶交联对SA/PAA/PVA纺丝原液和复合纤维的结构与性能的影响. 结果表明, 当MBA质量分数为0.5%时, 纺丝原液的损耗模量(G″)最小, 可纺性最好, 复合纤维的断裂强度达到2.83 cN/dtex, 断裂伸长率达到9.38%, 比再生SA纤维分别提高了15.98%和38.96%; PVA冷冻之后形成微晶交联点并且PAA和PVA已经复合到体系中; PAA和PVA的加入提高了复合纤维的结晶度; 复合纤维的表面形貌趋于光滑和规整, 纤维断面更加致密.     

Baeyer-Villiger单加氧酶在有机合成中的应用

综述了Baeyer-Villiger单加氧酶在有机合成中的应用.较之传统的化学反应, 氧化酶催化剂反应有较好的选择性、可控性和经济性. 环己酮加氧酶是一种还原型辅酶I (NADPH)依赖型氧化酶, 是最早被报道能够催化Baeyer-Villiger氧化的酶. 这些重要反应产生了合成化学家很感兴趣的扩环产物. 环己酮加氧酶也是有用的生物催化剂, 由于辅酶再生的问题已被工程菌克服了, 所以能像全细胞催化剂那样使用. 对酮包括杂环酮进行Baeyer-Villiger氧化和动态动力学拆分, 放大这种反应作为合成路线是很有前途的.     

光催化NAD（P）H再生的研究进展

辅酶与酶催化反应紧密相关,是酶催化氧化还原反应过程中不可缺失的重要组成,其中,烟酰胺类辅酶NAD和NADP参与了大多数的酶催化氧化还原反应,是辅酶中最重要的一类。然而,辅酶的高成本限制了其实际应用。因此,烟酰胺辅酶的高效和低成本再生具有特别重要的意义。本文总结了还原型烟酰胺辅酶光催化再生方法的相关研究进展以及各种光敏剂的优缺点,提出了光催化NAD(P)H再生仍需要解决的问题。     

有机农药异丙隆的级联生物降解体系的构建

构建了一个酶促氧化结合活性淤泥处理的级联生物降解有机农药异丙隆的体系.首先,建立了氯过氧化物酶（CPO）催化H₂O₂氧化降解异丙隆的酶处理体系.在最佳反应条件下,异丙隆的降解率可在10 min内达到100%.反应在室温下进行,pH=3.0,所需H₂O₂浓度为0.2 mmol/L,酶用量极少,仅7 nmol/L.降解体系高效、温和、绿色,无二次污染,极具应用潜力.CPO酶促氧化降解异丙隆的产物用HPLC-MS测定,并进一步根据主要产物推测了降解的途径.结果表明,异丙隆经CPO催化H₂O₂氧化处理后,被分解成较小的4-异丙基苯胺和4-乙基苯胺苄基正离子碎片分子.如果将CPO-H₂O₂酶促氧化作为一种前处理手段,后续与活性淤泥微生物降解过程结合,通过这种二级处理方法可实现含异丙隆污水的化学需氧量（COD）的有效去除,达到含异丙隆污水深度治理的目的.进一步以绿藻Chlorella pyrenoidosa的生长抑制率为评价指标对异丙隆酶催化氧化降解的产物进行了毒性评估,结果表明,随着底物降解率的逐渐增大,降解产物对绿藻的生长抑制率逐渐减小,说明经酶法降解后得到的产物与异丙隆相比毒性降低.     

氯过氧化物酶修饰电极催化氧化肉桂醇的研究

将氯过氧化物酶(Chloroperoxidase,CPO)与双十二烷基溴化铵(DDAB)形成的类生物膜滴涂到Nation修饰的玻碳电极表面,再滴涂壳聚糖制得Chi/CPO-DDA B/Nafion/GC修饰电极.循环伏安曲线上可以观察到一对可逆的氧化还原电流峰,表明CPO与电极之间发生了直接的电子传递.该修饰电极可有效地催化O2还原为H2O2,产生的H2O2作为氧源与电极上的CPO结合进一步催化氧化肉桂醇,产物经气质联用色谱、以及红外光谱测试鉴定为肉桂醛,总的肉桂醛转化量达到80500mol/mol CPO,为高效专一获得末端醛提供了一种绿色合成方法.此外,还讨论了壳聚糖对提高修饰电极稳定性的作用.     

铁氨基黏土-葡萄糖氧化酶纳米复合催化剂的构筑及多酶级联反应研究

以铁氨基黏土(FeAC)为载体, 通过共价交联固定葡萄糖氧化酶(GO_x), 构筑了铁氨基黏土-葡萄糖氧化酶纳米复合催化剂(FeAC-GO_x). 利用FeAC的过氧化物酶活性, 与GO_x结合进行级联反应, 可催化葡萄糖转化为过氧化氢并产生显色反应; 采用扫描电子显微镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对FeAC-GO_x进行了形貌和结构表征, 并评价了其酶动力学参数、 催化稳定性和重复使用性等. 结果表明, GO_x的固定化率可达到76.4%, 所构筑的纳米结构酶复合体系具有高效的级联催化能力. 与天然酶体系相比, FeAC-GO_x具有更优异的温度和pH耐受性, 且在重复使用6次后, 酶催化活性无明显降低. 该体系不仅为新型葡萄糖传感器的开发奠定了基础, 还为多酶级联纳米结构酶的构筑提供了新思路.     

咪唑/吡啶离子液体辅助氯过氧化物酶催化氧化环己烯的研究

以氯过氧化物酶(CPO)催化、H2O2氧化实现环己烯的环境友好转化,并通过溶剂工程调控和提高目标产物的产率.研究结果表明缓冲液体系(PBS)中引入咪唑/吡啶类离子液体(ILs)时,含量仅为1.5%(WILS/WPBS)时环己烯转化率即可提高31%.酶促反应动力学参数Km的减小以及Kcat和Kcat的增大表明引入离子液体时CPO对底物的亲和力及对底物识别的专一性得以改善,导致转化数增大,这是底物转化率有效提高的主要原因;此外,紫外,荧光及圆二色谱研究及产物组成分析表明离子液体在反应体系中具有多重功能:相转移催化、诱导酶分子结构优化及调节产物组成.由于反应基本在150 min内结束,酶用量极少,因此具有一定的产业化应用潜能.     

米氏酮和二苯基碘盐光产酸体系及其在印刷版材中的应用研究

在高压汞灯的照射下 ,4,4’ 二 (N ,N’ 二甲基 氨基 )苯甲酮 (米氏酮 )与六氟磷酸二苯基碘盐可以有效地发生电子转移反应 ,产生的强酸能够有效地催化六甲氧基次甲基三聚氰胺 (HMMM )与间甲酚树脂之间的交联反应 .这个体系在作为印刷版材研究中获得了很好的结果 .版材的分辨率可达到 7μm ,网点的再现性为 2 % .同时研究了对版材性能产生影响的其它一些因素 .     

氯过氧化物酶修饰电极对一氯二甲酮的催化氯化

通过将氯过氧化物酶溶液(Chloroperoxidase, CPO)与Nafion分散的单壁碳纳米管分散液混合后直接滴涂到玻碳电极表面制得修饰电极. 这个固定了氯过氧化物酶的碳纳米管修饰玻碳电极, 在pH=5.0的磷酸缓冲溶液中测得的循环伏安曲线上有一对准可逆的氧化还原电流峰, 经过与裸电极和没有固定氯过氧化物酶的碳纳米管修饰电极上测得的循环伏安行为对比后确认, 碳纳米管对氯过氧化物酶与电极之间的电子传递反应具有很好的促进作用. 利用该修饰电极能催化一氯二甲酮氯化为二氯二甲酮, 无需添加过氧化氢作为反应启动剂, 紫外光谱的测试结果表明, 每摩尔氯过氧化物酶可催化氯化4.0×105 mol 的一氯二甲酮, 表现出很高的催化效率.     

亮氨酸脱氢酶催化底物偶联法合成 α-酮异己酸

构建了亮氨酸脱氢酶(LeuDH)催化的底物偶联反应体系, 打破氧化脱氨反应平衡, 同时制得高附加值的α-酮异己酸(α-KIC)和L-2-氨基丁酸, 并实现辅酶NAD⁺的高效循环再生. 基于LeuDH的底物专一性和催化动力学参数, 考察了不同酮酸底物对于底物偶联反应效率的影响, 选择转化率最高的2-丁酮酸作为偶联底物, 使α-KIC产率由单步氧化反应的2.75%提高至66.82%. 通过考察底物浓度、 pH值、 N{\mathrm{H}}_4^{+}浓度和辅酶NAD⁺浓度等反应条件对偶联反应效率的影响, 使α-KIC产率进一步提高至83.25%, 同时辅酶NAD⁺的总转化数(TTN)达到5.88×10⁵. 通过改变底物L-亮氨酸和2-丁酮酸的摩尔比, 能够将α-KIC的产率进一步提高至92.74%.     

氯过氧化物酶在手性有机合成中的应用

氯过氧化物酶(CPO)作为过氧化物酶家族中的一员对多种有机底物表现出了广泛的催化活性.自上世纪60年代被发现以来,CPO在有机合成中的应用一直是一个研究热点.它作为一种生物催化剂能催化广泛的底物合成手性化合物,且有高的产率和高的对映选择率.本文综述了氯过氧化物酶在手性有机合成中的应用,重点关注了卤化、醇氧化、羟基化、环氧化、磺化氧化等反应,并讨论了目前在该领域所面临的问题及今后的发展趋势.