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酶法合成谷胱甘肽及其反应过程中的能量策略研究

发布时间:2018-12-12 03:39
【摘要】:还原型谷胱甘肽(glutathione,GSH)的前体组成化合物是半胱氨酸、甘氨酸、谷氨酸,它的分子结构里同时具有γ-谷氨酰基和巯基两种活性基团。谷胱甘肽在医药和食品中有广泛应用,产品价格昂贵。酶法合成GSH为工业化生产GSH提供新途径。目前关于酶法合成GSH的研究报道较少,反应过程中能量的有效供给是酶法合成GSH所要解决的重要问题。本论文的主要研究内容和实验结果如下:(1)酶法生产GSH反应条件优化。以酶反应液中的GSH转化率作为响应值,利用响应面分析法对影响酶法合成GSH四个重要因素(葡糖糖量、菌体量、酶催化时间、氯化镁浓度)进行探讨,得到酶法合成GSH的优化反应条件:葡糖糖量105 mmol/L、菌体量2.12 g/L、酶催化时间5.9 h、氯化镁浓度10 mmol/L。此条件下进行验证实验,GSH转化率达到27.35%,和响应面预测结果27.41%相比,相对误差0.21%。响应面实验优化的结果可靠。(2)通过比较和调控细胞酶催化前体氨基酸合成谷胱甘肽(GSH)反应过程中的能量类型和添加策略,跟踪反应过程中产生GSH的量变化,探究能量类型和添加模式对酶法生成GSH转化效率的作用。结果表明,葡萄糖作为能量碳源对酵母细胞酶催化合成GSH转化率的影响明显,初始反应液添加100 mmol/L葡萄糖,GSH浓度为5.58 mmol/L,酶法合成GSH转化率为27.88%,分批定点流加葡萄糖(第2、3、4小时各添加27.78 mmol/L)酶法合成GSH转化率达到35.81%;在酶反应过程能量供应策略中,初始反应液中添加0.5 g/L的腺苷时,酶法合成GSH的转化率提高到36.37%;初始反应液添加0.5 g/L腺苷结合分批定点流加葡萄糖(第2、3、4小时各添加27.78 mmol/L),酶法合成反应液GSH高点质量浓度为8.31 mmol/L,酶法合成GSH转化率达到41.57%,比初始反应液的对照组的转化率27.88%提高了49.10%。(3)优化前体氨基酸添加方式的实验中,以合成GSH的三种前体氨基酸和反应液中能量物质葡萄糖为研究对象,探讨初始三种前体氨基酸添加浓度和中途不同时间补加不同浓度氨基酸对酶法合成GSH含量的影响。实验结果显示,初始前体氨基酸添加量为15 mmol/L时,GSH合成量相对较高,2 h补加6 mmol/L谷氨酸、3 h补加6 mmol/L半胱氨酸、4 h补加8 mmol/L甘氨酸可以有效提高GSH含量。实验设计单点、两点、三点氨基酸补加方式,结果表明,三点加入GSH含量明显高于单点和两点加入,即2 h补加6 mmol/L谷氨酸、3 h补加6mmol/L半胱氨酸和83.33 mmol/L葡萄糖、4 h补加8 mmol/L甘氨酸效果最好,GSH含量可达到8.13 mmol/L,GSH浓度比初始反应液的对照组(5.58 mmol/L)提高了51.43%。(4)GSH两阶段反应合成。实验研究反应过程中延迟添加甘氨酸,使反应体系里首先合成γ-谷氨酰半胱氨酸,然后再向反应液里添加甘氨酸,以降低GSH对γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(GSHⅠ)的抑制作用,提高GSH的转化率。实验考察了GSH浓度对GSHⅠ活性的影响,结果显示当GSH浓度到达5.54 mmol/L时,就会对GSH酶产生强烈的抑制作用。前体氨基酸添加量10 mmol/L时,GSH的转化率最高,前体氨基酸添加量20 mmol/L时,GSH的合成量最高,达到5.58mmol/L;考察第二阶段甘氨酸的添加时间对GSH转化率的影响,发现在第3 h添加甘氨酸能明显提高GSH的转化率。前体氨基酸和葡萄糖分两阶段投入反应液中(第一阶段:Glu 20 mmol/L,Cys 20 mmol/L,葡萄糖50 mmol/L;第二阶段:Gly 20 mmol/L,葡萄糖50 mmol/L)对GSH合成有利,最终GSH浓度达到6.83 mmol/L,其GSH转化率为34.17%,与对照组(27.88%)相比提高了22.56%。
[Abstract]:......
【学位授予单位】:南昌大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O629.72

【参考文献】

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本文编号:2373832

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