[发明专利]利用L-乳酸生物合成S-1,2-丙二醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备S-1,2-丙二醇的方法，特别涉及一种利用重组大肠杆菌将L-乳酸及其盐形式转化为S-1,2-丙二醇的方法。

背景技术

丙二醇的结构区别将其区分为1,2-丙二醇和1,3-丙二醇。1,2-丙二醇主要用来生产不饱和聚酯树脂、防冻剂、增塑剂替代乙二醇用于防冻飞行器及在食品中作冷却剂和热载体等，它还可用于非离子洗涤剂或保湿剂。丙二醇还是良好的溶剂，可用于食品调味品和香料，或医药工业的软膏油膏等。

光学活性1,2-丙二醇具有活性基团，可作为手性起始物用于药物、除草剂、信息素和液晶的合成，具有很高的研究价值。大肠杆菌中自身存在有生成1,2-丙二醇的代谢通路。在代谢L-鼠李糖和L-岩藻糖途径中，磷酸化后的糖由醛缩酶催化生成L-乳醛和二羟丙酮磷酸（DHAP），后在厌氧的条件和NADH存在下L-乳醛被催化为L-1,2-丙二醇，即S-1.2-丙二醇。但由于原料价格过高，此通路并没有很好经济效益，所以没有很好的研究价值。在嗜热厌氧菌（Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum）中也有从甲基乙二醛（methylglyoxal）分别生成乳醛（Lactaldehyde）或丙酮醛（Acetol）最终生成1,2-丙二醇的路径，但其中有些路径只是猜想的，目前并没有证据表明存在实际的酶去催化。

关于生物催化合成R-1,2-丙二醇的研究，目前，国外已有关于生物催化合成R-1,2-丙二醇的报道，Tadashi等采用气升式发酵罐对酵母还原丙酮醇生成R-1,2-丙二醇和酵母氧化拆分外消旋1,2-丙二醇进行了研究，但仍未得到工业化应用，而国内少有报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备S-1,2-丙二醇的方法，具体为利用L-乳酸生物合成S-1,2-丙二醇的方法。

本发明所提供的一种制备S-1,2-丙二醇的方法，包括用重组生物细胞将L-乳酸或其盐转化为S-1,2-丙二醇的步骤；所述重组生物细胞表达具有将L-乳酸或其盐转化为S-1,2-丙二醇功能的酶系统。

在上述方法中，所述将L-乳酸或其盐转化为S-1,2-丙二醇，具体包括如下（1）-（3）的步骤：

（1）将L-乳酸或其盐转化为L-乳酰辅酶A；

（2）将所述L-乳酰辅酶A转化为L-乳醛；

（3）将所述L-乳醛转化为S-12-丙二醇。

在上述方法中，所述酶系统具体包括如下（a1）-（a3）：

（a1）具有将L-乳酸或其盐转化为L-乳酰辅酶A功能的酶1；

（a2）具有将所述L-乳酰辅酶A转化为L-乳醛功能的酶2；

（a3）具有将所述L-乳醛转化为S-1,2-丙二醇功能的酶3。

在本发明中，所述酶1为丙酰辅酶A转移酶；所述酶2为辅酶A依赖型琥珀酸半醛脱氢酶；所述酶3为3-羟基丙酸脱氢酶。

进一步，所述丙酰辅酶A转移酶为丙酸梭菌（Clostridium propionicum）的丙酰辅酶A转移酶的点突变蛋白，其氨基酸序列具体如序列表中序列1所示；所述辅酶A依赖型琥珀酸半醛脱氢酶为小肠结肠炎耶尔森菌（Yersinia enterocolitica）的辅酶A依赖型琥珀酸半醛脱氢酶，其氨基酸序列具体如序列表中序列2所示；所述3-羟基丙酸脱氢酶为蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）的3-羟基丙酸脱氢酶，其氨基酸序列具体如序列表中序列3所示。

其中，序列1由524个氨基酸组成；序列2由462个氨基酸组成；序列3由292个氨基酸组成。

所述重组生物细胞是将如下编码基因导入目的生物细胞后得到的表达所述酶系统的重组生物细胞：

如序列表中序列4所示的所述丙酰辅酶A转移酶的编码基因；

如序列表中序列5所示的所述辅酶A依赖型琥珀酸半醛脱氢酶的编码基因；

如序列表中序列6所示的所述3-羟基丙酸脱氢酶的编码基因。

其中，序列4由1575个核苷酸组成，编码序列表中序列1所示的蛋白；序列5由1389个核苷酸组成，编码序列表中序列2所示的蛋白；序列6由879个核苷酸组成，编码序列表中序列3所示的蛋白。

在本发明的一个实施例中，将所述酶系统的编码基因导入目的生物细胞，具体为通过将携带并表达所述酶系统的编码基因的重组质粒导入所述目的生物细胞中实现的。所述重组质粒具体为下述重组质粒A和下述重组质粒B。