[发明专利]一种L-2-氨基丁酸的生产方法

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体地说，是关于一种L-2-氨基丁酸的生产方法。

背景技术

L-2-氨基丁酸，英文名为L(+)-2-Aminobutyric acid，分子式为C4H9NO2，CASNo.为1492-24-6，是一种非天然的手性α-氨基酸，是新型抗癫痫药——左乙拉西坦的主要生产原料。左乙拉西坦是比利时UCB(优时比)公司开发研制的一种新型抗癫痢药，于2000年4月获得FDA批准，在美国和欧盟上市，主要用于治疗局限性及继发性全身性癫痫。目前在全球超过66个国家和地区上市，全球有超过100万人的治疗记录，是目前美国癫痫治疗中应用最多的新型抗癫痫药物。2007年3月10日正式在中国上市。随着左乙拉西坦的推广，L-2-氨基丁酸需求量也在以每年15％的速度递增。据IMS Health(艾美仕市场调研咨询公司)销售数据显示，截至2007年9月份，其片剂全年销售额约为13.58亿美元，是一个重量级的药物。2009年该药物的专利保护到期，市场需求量大幅增加，作为关键中间体的L-2-氨基丁酸的市场需求也随之增加。L-2-氨基丁酸也是合成抑菌抗结核药乙胺丁醇的关键手性前体，其作为合成手性药物的手性元，已成为多种手性药物的重要手性中间体。

在对于酶法生产L-2-氨基丁酸的研究中，转氨酶法是目前报道较多的方法。早期，Rozzell等采用各种酮酸和谷氨酸为底物，在氨基酸转氨酶(aromaticaminotransferase)的作用下生成L-2-氨基丁酸，但是由于转氨是一种动态平衡，转化反应的收率只有50％。他们继而对这一工艺进行了改进，引入乙酰乳酸合成酶(acetolactate synthase)，提高了收率[Rozzell，J.，Production of L-amino acids bytransamination.1985，US Patent：4518692]。Fotheringham等在Rozzell等人研究的基础上，以L-苏氨酸为原料，建立了三酶体系制备L-2-氨基丁酸的方法，其中，三酶体系为苏氨酸脱氨酶、芳香氨基酸转氨酶、乙酰乳酸合成酶。如图1所示，通过苏氨酸脱氨酶的作用生产丁酮酸，丁酮酸在芳香氨基酸转氨酶的作用下，以天冬氨酸为氨基供体转化为L-2-氨基丁酸，天冬氨酸转化为2-氧代丁二酸，2-氧代丁二酸自发脱羧形成丙酮酸，丙酮酸在乙酰乳酸合成酶的作用下形成了乙酰乳酸，乙酰乳酸自发脱羧后形成3-羟基-2-丁酮。以该法生产L-2-氨基丁酸，转化率只有54％，浓度只有20多g/L，而且转化时产生一定量的副产物NH₃、L-丙氨酸和3-羟基-2-丁酮，且由于L-2-氨基丁酸与副产物L-丙氨酸性质相似，影响L-2-氨基丁酸进一步纯化[Fotheringham，I.，et al.，Engineering of a novel biochemicalpathway for the biosynthesis of L-2-aminobutyric acid in Escherichia coli K12.Bioorganic & medicinal chemistry，1999.7(10)：p.2209-2213.]。

氨基酸氧化酶法以化学合成的混旋2-氨基丁酸为底物，使用D-氨基酸氧化酶在金属催化剂的作用下制备L-2-氨基丁酸，分离收率可达95％以上[Fotheringham，I.，et al.，Preparative deracemization of unnatural amino acids.Biochemical SocietyTransactions，2006.34：p.287-290.]，由于化学合成混旋2-氨基丁酸的成本较高，特别是金属催化剂的成本高，所以该路线并不适合于工业化生产。