生物法合成乙醛酸和体外酶法合成乙醇酸的研究

发布时间：2020-04-18 14:30

【摘要】：乙醛酸是醛酸家族中分子量最小的物质,具有一系列化学反应特性,被广泛用于人造香料、药品制造和农药制造等领域。目前,乙醛酸主要由化学法合成,本论文对其生物法合成进行了研究。利用Red基因重组敲除法,把大肠杆菌中乙醛酸代谢相关的基因敲除,包括编码苹果酸合酶的glcB和aceB基因、编码乙醛酸还原酶的ycdW基因和编码羟基丙二酸半醛合酶的gcl基因。基因敲除后,将木糖合成乙醇酸的代谢途径引入细胞内,发现随着基因敲除的增多,细胞生长受到的影响变大,细胞生长变得缓慢,而木糖的消耗也减缓。敲除glcB、aceB和gcl基因的Xg4GA菌株培养48h后,5g/L的木糖消耗殆尽,乙醇酸积累到1.58 g/L,乙醛酸产量达0.13 g/L。在此基础上,在Xg4GA菌株中过表达乙醇酸氧化酶基因簇glcDEF,增强细菌的乙醇酸氧化能力,使得乙醛酸的产量提高至0.56 g/L,但是细菌的生长变差。由于乙醇酸氧化酶是一种过氧化物黄素蛋白,乙醇酸氧化过程中产生H2O2,积累的H2O2无法及时被大肠杆菌自身的过氧化氢酶消耗,抑制菌体的生长,使得生物量下降。进一步过表达过氧化物酶基因katE,加快细胞内H2O2的分解,减轻其对细胞的毒性和乙醇酸氧化酶的抑制。基因katE的过表达使得H2O2的浓度降低,细菌的生物量提高,乙醛酸的产量提高了 36.15%,达到0.74 g/L,为目前生物发酵法的最高产量。由于乙醛酸具有毒性,浓度过高会影响细胞的生长,进一步研究了无细胞体系的体外酶法合成乙醛酸,目前已经初步实现了乙醇酸的酶法合成,在经过12 h的反应,可以获得0.12 g/L的乙醇酸。
【图文】：

的羟基丙二酸半醛合酶催化乙醛酸生成羟基丙二酸半醛。所以合成乙醛酸菌株的改造逡逑需要将乙醛酸消耗途径基因敲除，使得乙醛酸可以积累。我们构建的乙醛酸合成途径逡逑如下图２－１所示。逡逑ＯＨ逡逑ＯＨ邋ＯＨ逡逑ｘｙｌｏｓｅ逡逑」。逦？Ｈ邋？逦ＯＨ逦０逡逑ｔ°＾逦？？逦ｒｉｂｕｌｏｓｃ－ｌ－Ｐ逡逑ｘｙｌｕｌｏｓｅ逦ｒｉｂｕｌｏｓｃ逦｜邋ｆｕｃＡ逡逑“逦ｆ逦ＯＨ逡逑ｘｙｌｕｌｏｓｅ－５－Ｐ逡逑ｇｌｙｃｏｌａｄｅｈｙｄｅ逦ｏｈ邋ｏ逡逑ｄｉｈｙｄｒｏｘｙａｃｃｔｏｉｎｃ－Ｐ逡逑Ｈ0邋NB＂逦Ｉ１邋0？逡逑ｇｌｙｃｏｌａｔｃ逡逑ＨＰ邋、丨逦Ｉ逡逑＼逦ｐｙｒｕｖａｔｅ逡逑ｋａｔＥ邋９＾０＾Ｊ邋＾邋ｙｃｄＷ逦ｉ逡逑？逡逑ｔａｒｔｒｏｎａｔｃ邋，逦ａｃｅＢ．邋ｇＳｃ８逦／邋ＴＣＡ邋＼逡逑－－ａｌｄｅｈｙｄｅ—＾邋ｇ＾0Ｈ逦＾＾逦＾逡逑’，、？逦逡逑图２－１利用木糖合成乙醛酸途径逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ邋ｏｆ邋ｇｌｙｏｘｙｌａｔｅ邋ｂｙ邋ｘｙｌｏｓｅ邋ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ逡逑９逡逑

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【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ921

【参考文献】

相关期刊论文 前4条

1 叶龙;张伟;胡保;宋磊;;催化氧化法合成乙醛酸的研究进展[J];广东化工;2014年14期

2 孙华雨;;乙醛酸电解合成技术概述[J];化学工程与装备;2011年12期

3 钱玲,张所信;电解合成乙醛酸的改进[J];吉林化工学院学报;2001年04期

4 徐刚,方云如,徐科;配对电解合成乙醛酸的研究[J];石油化工高等学校学报;1999年02期

本文编号：2632189