[發(fā)明專利]一種利用環(huán)糊精的疏水化合物生物轉(zhuǎn)化方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710059819.5
• 申請日: 2007-10-11
• 公開（公告）號: CN101168765A
• 公開（公告）日: 2008-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王敏;杜連祥;駱健美;申雁冰;肖克勝;王建新
• 申請（專利權(quán)）人: 天津科技大學(xué)
• 主分類號: C12P33/02
• 分類號: C12P33/02;C12P33/06;C12R1/06;C12R1/32;C12R1/645
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于疏水化合物生物轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及利用環(huán)糊精及其衍生物的疏水化合物生物轉(zhuǎn)化方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

生物轉(zhuǎn)化是指利用酶或有機(jī)體(細(xì)胞、細(xì)胞器)作為催化劑實現(xiàn)化學(xué)轉(zhuǎn)化的過程，又稱生物催化，是生物體系(包括細(xì)菌、真菌、植物組織、動物組織培養(yǎng)系或生物體系的酶制劑)對外源性底物進(jìn)行結(jié)構(gòu)性修飾所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。生物催化劑包括酶和細(xì)胞，具有工業(yè)應(yīng)用價值的生物酶主要來源于微生物菌種，對于多酶系統(tǒng)和具有輔酶的生物催化，常常采用微生物的全細(xì)胞參與反應(yīng)，又稱微生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)。應(yīng)用微生物進(jìn)行的生物轉(zhuǎn)化，絕大多數(shù)的有機(jī)底物都是疏水的，常受到一些因素的嚴(yán)重制約：底物在水中溶解度小，降低了底物的利用率和反應(yīng)速率；高濃度的底物/產(chǎn)物常導(dǎo)致生物催化劑的抑制或失活，生物轉(zhuǎn)化時間長，轉(zhuǎn)化效率低等缺點(diǎn)。因此，疏水化合物的微生物轉(zhuǎn)化需要解決的關(guān)鍵問題是提高底物的溶解度，并保持生物催化劑的活性和穩(wěn)定性。

超分子(Supramolecular)是基于分子間的非共價鍵相互作用而形成的分子聚集體。超分子主客體分子間的非共價鍵是一種弱相互作用，包括氫鍵、范德華力、配位鍵、親水/疏水作用等以及它們之間的協(xié)同作用。作為第二代超分子主體化合物的環(huán)糊精(Cyclodextrin，CD)，是葡萄糖的環(huán)狀聚集體，具有獨(dú)特的“內(nèi)疏水”“外親水”的籠形結(jié)構(gòu)，可以包結(jié)許多無機(jī)、有機(jī)和手性客體分子形成主-客體包結(jié)物，而且產(chǎn)量較大、價格低廉，是目前最重要的具有包結(jié)作用的環(huán)狀化合物，在模擬酶、分子識別等領(lǐng)域具有重要的理論價值和應(yīng)用價值。環(huán)糊精在化學(xué)結(jié)構(gòu)、生物相溶性和穩(wěn)定性上均符合生物催化對主體化合物的要求。

環(huán)糊精是從淀粉得到的六個以上D-吡喃葡萄糖單元以alpha-1，4-糖苷鍵連結(jié)的具有環(huán)狀疏水圓錐型結(jié)構(gòu)的低聚糖非還原性化合物系列。由于環(huán)糊精的外部親水而內(nèi)腔疏水，因而它能夠像酶一樣提供一個疏水的結(jié)合部位，作為主體包結(jié)各種適當(dāng)?shù)目腕w，如有機(jī)分子、無機(jī)離子以及氣體分子等。這種選擇性的包結(jié)作用即通常所說的分子識別，其結(jié)果是形成主客體包結(jié)物。在α-、β-、γ-CD基礎(chǔ)之上，對其進(jìn)行修飾如酯化、醚化，烷基化、羥基化得到環(huán)糊精衍生物。主要的衍生物有羥丙基、甲基及磺丁基醚-β-環(huán)糊精等。這些基團(tuán)的引入，并不影響中央空穴對客體分子的容納能力，但能夠改善環(huán)糊精的某些理化性質(zhì)和包結(jié)能力。環(huán)糊精通過改性，可提高包結(jié)物或超分子復(fù)合體在水中的溶解度，構(gòu)筑立體幾何關(guān)系，形成特殊的手性位點(diǎn)和弱作用力模型，這大大擴(kuò)展了環(huán)糊精的應(yīng)用領(lǐng)域。

童林薈所著的《環(huán)糊精化學(xué)-基礎(chǔ)與應(yīng)用》(科學(xué)出版社，2001出版)中介紹了環(huán)糊精在污水處理中的應(yīng)用，用添加β-CD改進(jìn)活性污泥分解毒物能力，在有毒物質(zhì)工業(yè)廢水或制藥以及農(nóng)藥廢水處理上有實際應(yīng)用價值。邵云、高士祥、楊彬等發(fā)表在環(huán)境科學(xué)學(xué)報的文章《HP-β-CD對不動桿菌降解高濃度硝基苯的影響》(2004，24(4)：690-695)介紹了在不動桿菌降解高濃度硝基苯的過程中添加羥丙基-β-環(huán)糊精(HP-β-CD)對細(xì)菌生長、硝基苯的去除及中間產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化的影響。

醋酸可的松經(jīng)微生物C_1，2位脫氫生成甾體藥物的重要中間體醋酸潑尼松是生物轉(zhuǎn)化疏水性化合物的典型例子。姚傳義等人進(jìn)行了相關(guān)研究，發(fā)表于《中國醫(yī)藥工業(yè)雜志》的文章“PVA復(fù)合載體固定化簡單節(jié)桿菌用于醋酸可的松脫氫”(1998年第6期245-247頁)，文章敘述了以聚乙烯醇復(fù)合載體包埋簡單節(jié)桿菌BY-2-3-51，制得具有較高機(jī)械強(qiáng)度和較好活性的球形固定化細(xì)胞，并用以進(jìn)行初始濃度為20g/L的醋酸可的松脫氫的搖瓶實驗，轉(zhuǎn)化率平均達(dá)90％。上述研究結(jié)果雖然有效的提高了醋酸可的松的生物轉(zhuǎn)化效率，但由于該方法涉及微生物包埋載體的制備以及微生物細(xì)胞的包埋等工藝環(huán)節(jié)，從而使得其轉(zhuǎn)化工藝較為復(fù)雜，對上述工藝的應(yīng)用產(chǎn)生了一定的制約和影響作用。

微生物轉(zhuǎn)化疏水性化合物常受到一些因素的嚴(yán)重制約：底物在水中的溶解度很小，限制了其生物利用度，產(chǎn)物/底物對微生物具有抑制作用，生物轉(zhuǎn)化時間長，轉(zhuǎn)化效率低等缺點(diǎn)。

如何有效利用環(huán)糊精及其衍生物的特性提高疏水化合物的生物轉(zhuǎn)化效率是一個值得探索和研究的課題。這方面的研究對于高效率獲得疏水化合物生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)品具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是利用環(huán)糊精及其衍生物提供一種疏水化合物微生物轉(zhuǎn)化的新方法；同時提供了環(huán)糊精及其衍生物在上述化合物微生物轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：