酶法制备N-乙酰氨基葡萄糖及催化机理的研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:meihong
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N-乙酰氨基葡萄糖是一种在制药、医学、食品、化妆品等领域具有广泛应用的多功能单糖,尤其在治疗骨关节炎、骨质疏松方面具有显著的功效。目前,市场上以几丁质为原料制备Glc NAc的方法仍然停留在传统的化学酸解法,该方法缺点明显:污染环境,生产安全隐患大,效率低。而酶解法是一种绿色、环保的以几丁质为原料制备N-乙酰氨基葡萄糖的新方法。本实验室前期已构建好一株重组几丁质酶,可以有效降解胶体几丁质。在此基础上,进行了以下几项工作:(1)进一步研究了实验室已有的几丁质酶(Chi A)的酶学性质及其催化特性:Chi A的最适反应温度为50℃,在50℃以下酶热稳定性良好;最适反应p H为6.0,酶也较为稳定;通过质谱及HPLC结果确定Chi A水解胶体几丁质的产物为(Glc NAc)2。(2)构建了一株重组β-N-乙酰基己糖胺酶工程菌E.Coli BL21(DE3)/p ET-28a(+)-HJ5N,优化了β-N-乙酰基己糖胺酶HJ5N的产酶条件并研究了其酶学性质。结果表明:在诱导温度为25°C,IPTG诱导浓度为0.4 mmol/L,诱导时间为11 h条件下,HJ5N酶活最高可达440 U/m L;SDS-PAGE显示HJ5N分子量在55k D左右,最适温度为50℃,在40℃以下有较好的稳定性;最适p H在6.0左右,在p H 5.5-6.5范围内具有较好的稳定性。不同金属离子化合物对HJ5N酶活的影响不显著,无明显的促进或者抑制作用;以p NP-Glc NAc为底物测定了HJ5N的动力学常数Km及Vmax:Km值为0.64mmol/L,Vmax值为3.42mol/(min.L),动力学参数表明HJ5N对p NP-Glc NAc具有较高的亲和力和反应速率,与Chi A相似的酶学性质表明Chi A和HJ5N可以协同催化降解胶体几丁质。(3)以上述双酶的酶学性质研究为基础,成功建立了几丁质酶(Chi A)和β-N-乙酰基己糖胺酶(HJ5N)协同催化降解胶体几丁质制备Glc NAC的新方法,研究了双酶的协同机制。结果表明Chi A存在产物抑制现象,而HJ5N的加入可保证中间产物快速被转化为单糖从而消除这种抑制作用,双酶协同催化效率提高了一倍;最后通过分离纯化获得了纯度极高的Glc NAc,并对其进行了结构表征。(4)采用单因素及正交设计实验对双酶协同催化体系的反应条件进行了优化。结果表明,反应最适反应温度为30℃,最适p H为6.0,最优底物浓度为9%,Chi A:HJ5N添加比例为2:1,总添加量为52.5 U/m,在上述最优反应条件下反应12 h可达到最大Glc NAc浓度18 mg/m L,转化率为60%,研究结果为酶法制备N-乙酰氨基葡萄糖的工业应用提供了一种有效策略。
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