[发明专利]5-氨基戊酸的生物转化方法

说明书

本发明公开了5‑氨基戊酸的生物转化方法。本发明首先通过酶的筛选，分别获得了可高效将1,5‑戊二胺转化为5‑氨基戊醛的氨基转移酶，以及将5‑氨基戊醛高效转化为5‑氨基戊酸的γ‐氨基丁醛脱氢酶；然后通过联合氨基转移酶和γ‐氨基丁醛脱氢酶，以1,5‑戊二胺为底物进行反应，可高产获得5‑氨基戊酸，其产量为17.0g/L，产率为2.1g/L/h。本发明提供了一条从1,5‑戊二胺到5‑氨基戊酸的生物转化途径，以及两个高效的氨基转移酶和γ‐氨基丁醛脱氢酶，为5‑氨基戊酸的高效生产提供了一种新的方法。

技术领域

本发明涉及一种5-氨基戊酸的生物转化方法，特别涉及一种利用氨基转移酶和γ‐氨基丁醛脱氢酶将1,5-戊二胺转化为5-氨基戊酸的方法。

背景技术

5-氨基戊酸(5-aminovaleric acid)是一种典型的末端氨基酸，可以用作生产新型奇数尼龙，如尼龙-5，尼龙-6,5和尼龙-5,5。相比于市场中常见的偶数尼龙，如尼龙6、尼龙-6,6和尼龙-10,10，奇数尼龙还具有极好的铁电、热电、压电与介电性能，可用于生产电子类产品，因此具有广泛的应用前景(梁子材，1992)。另外，5-氨基戊酸也是一种重要的C5平台化合物，可用于戊二酸、1,5-戊二醇和5-羟基戊酸等重要化合物的合成(Park,2013)。目前，5-氨基戊酸的生物转化方法有如下两种：

一种方法是将来源于红球菌的L-氨基酸氧化酶在大肠杆菌中的表达，将L-赖氨酸转化为6-氨基-2-氧代己酸，同时释放过氧化氢。然后6-氨基-2-氧代己酸与过氧化氢发生非酶促反应生成5-氨基戊酸。在L-赖氨酸浓度为17mM下，反应24h后得5-氨基戊酸16.7mM(马金莲,2016)。由于该反应受体系中过氧化氢浓度的限制，因此该方法产率较低。

另一种方法是利用来源于恶臭假单胞菌的L-赖氨酸2-单加氧酶将L-赖氨酸先转化为5-氨基戊酰胺，再通过来源于恶臭假单胞菌的γ-戊酰胺水解酶催化得到5-氨基戊酸。最先利用该途径生产5-氨基戊酸的是韩国Sang Yup Lee教授的研究团队。起初他们将该途径转入大肠杆菌中，并且对大肠杆菌中葡萄糖到赖氨酸的代谢途径进行改造。但改造后的重组菌Escherichia coli WL3110无法仅以葡萄糖(20g/L)为碳源生产5-氨基戊酸，在培养基中添加10g/L的L-赖氨酸后，也仅得到3.6g/L的5-氨基戊酸(Park,2013)。随后Sang YupLee教授的研究团队使用Corynebacterium glutamicum p36davAB3这一工程菌株，采用分批补料发酵最终得到33.1g/L的5-氨基戊酸(Jae Ho Shin,2016)。另外该研究团队也对全细胞催化法生产5-氨基戊酸进行了研究。将重组菌Escherichia coli WL3110进行高密度分批培养，待OD₆₀₀达到30后加入120g/L的L-赖氨酸，反应96h，最终得到5-氨基戊酸74.1g/L，产率为0.77g/L/h(Si Jae Park,2014)。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种5-氨基戊酸的生产方法。

本发明提供的5-氨基戊酸的生产方法是以1,5-戊二胺为底物，通过氨基转移酶和γ-氨基丁醛脱氢酶将所述1,5-戊二胺转化为5-氨基戊酸。

上述方法中，所述氨基转移酶的氨基酸序列为如下1)或2)的蛋白质：

1)由序列表中序列13所示的氨基酸序列组成的蛋白质；

2)将序列表中序列13所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且具有相同功能的由1)衍生的蛋白质；

所述γ-氨基丁醛脱氢酶的氨基酸序列为如下3)或4)的蛋白质：

3)由序列表中序列14所示的氨基酸序列组成的蛋白质；

4)将序列表中序列14所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且具有相同功能的由3)衍生的蛋白质。