[发明专利]高光学纯L-高丝氨酸及其衍生物的生物合成方法

说明书

本发明公开了一种高光学纯L‑高丝氨酸及其衍生物的生物合成方法，该方法是在反应液中，丙酮酸与醛类化合物原料在醛缩酶的催化作用下，进行反应；反应所得产物在甲酸脱氢酶和L‑氨基酸脱氢酶复合酶的催化作用下，进行反应，反应所得产物依次经过层析分离、脱盐、脱色、浓缩结晶、干燥处理，得到L高丝氨酸或L高丝氨酸衍生物；该方法利用简单易得的原料经两步生物法合成L‑高丝氨酸及其衍生物，具有操作步骤少、环境污染小、条件温和、设备简单、效率高的优点，有利于工业大规模生产高光学活性的L‑高丝氨酸及L‑高丝氨酸系列衍生物。

技术领域

本发明涉及一种高光学纯L-高丝氨酸及其衍生物的生物合成方法，特别涉及一种以丙酮酸与醛类化合物为原料，在醛缩酶及甲酸脱氢酶和L-氨基酸脱氢酶复合酶催化下制备高光学活性L-高丝氨酸及其衍生物的方法，属于生物合成技术领域。

背景技术

L-高丝氨酸是一种非蛋白氨基酸，由于其结构活性，L-高丝氨酸及其衍生物，在药物学、生物学、植物生理学、肽合成等方面越来越得到科研工作者的认识，其主要用途是作为医药中间体。

目前，国内外L高丝氨酸的生产方法分为化学法和生物法。化学法是比较经典的方法，主要有化学合成和化学拆分。化学合成主要是以L-蛋氨酸和甲基化试剂碘甲烷为起始原料，经亲核反应生成碘甲基-L-蛋氨酸，再在碳酸氢钾的作用下合成L-高丝氨酸。化学拆分法是用手性拆分试剂和混旋高丝氨酸形成非对应异构体进行拆分得到L-高丝氨酸，光学纯度可达98％，但是此方法需要昂贵的手性拆分试剂，成本较高，工业生产不易采用，而且产生大量的有机溶剂会污染环境。

生物法又包括微生物发酵法和细胞外酶转化法，微生物发酵法专属性较强，条件温和，环境污染少，但存在反应产物成分复杂，分离繁琐的缺点；酶催化转化则是一种高选择性反应，不同种类的酶可作用于不同构型和不同种类的特定底物，从而达到定向转化的目的。目前酶法制备L-高丝氨酸国内外尚无报导。

发明内容

针对现有技术中L-高丝氨酸的合成方法存在过程繁琐、反应条件苛刻、收率低、分离提纯困难、环境污染严重等一系列缺陷，本发明的目的是在于提供一种以廉价的丙酮酸和甲醛为原料，利用三种酶组合两步催化，高产率获得L-高丝氨酸的方法，该方法绿色环保、反应条件温和、成本低，满足工业要求。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种高光学纯L-高丝氨酸及其衍生物的生物合成方法，该方法为：在反应液中，丙酮酸与醛类化合物原料在醛缩酶的催化作用下，进行反应I；反应I所得产物在甲酸脱氢酶和L-氨基酸脱氢酶复合酶的催化作用下，进行反应II，反应II所得产物依次经过层析分离、脱盐、脱色、浓缩结晶、干燥处理，得到L-高丝氨酸或L-高丝氨酸衍生物；

所述的丙酮酸具有式1结构：

所述的醛类化合物具有式2结构：

所述的L-高丝氨酸衍生物具有式3的结构：

其中，R为氢、烷基或芳基；

R₁为烷基或芳基。

本发明的技术方案首次丙酮酸与醛类化合物原料依次在醛缩酶及甲酸脱氢酶和L-氨基酸脱氢酶复合酶的催化下分两步制备L-高丝氨酸或L-高丝氨酸衍生物；其合成路线为(以甲醛的反应为例)：

反应原理为(以甲醛的反应为例)：