[发明专利]一种咪唑-4-乙酸的生物合成方法

说明书

本发明公开了一种咪唑‑4‑乙酸的生物合成方法，该方法包括以下步骤：以L‑组氨酸为底物，在膜联L‑氨基酸脱氨酶的催化下，进行脱氨反应，得到含有中间产物3‑(4‑咪唑)‑2‑氧丙酸的反应液；向所述反应液中加入过氧化氢溶液，进行反应，反应结束后，得到咪唑‑4‑乙酸。本发明方法步骤简单，反应条件温和，原料来源广泛、生物催化剂易于制备、设备要求低，底物转化率高，且不需要使用有机溶剂和有毒试剂，相对于现有的化学法具有高效、成本低和环境友好的特点。

技术领域

本发明涉及生物化学工程领域，尤其涉及一种咪唑-4-乙酸的生物合成方法。

背景技术

咪唑-4-乙酸(imidazole-4-acetic acid,IAA)是一种重要的咪唑衍生物。它是中枢神经系统内主要抑制性神经递质γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)的构象限制性类似物，具有安眠、降压和抗氧化等药理作用。与此同时，咪唑-4-乙酸也被用来合成蛋白酶抑制剂、孕尿翳受体抗结剂、以及抗癌化合物等。此外，IAA还可以通过其自身的羧基基团、咪唑基团与过渡态金属形成配位化合物。最近，IAA也被用来制备咪唑修饰的壳聚糖纳米颗粒，而这种颗粒被认为是良好的siRNA药物载体。

目前，商业化的IAA都是通过化学合成法制备获得；例如：α-羟基-β-咪唑基-4丙酸氧化法(Knoop,Beitraege zur Chemischen Physiologie and Pathologie,1907,10,119；Pyman F.L.,A new synthesis of 4(or 5-)-β-Aminoethylglyoxaline,one of theactive principles of Ergot.Journal of the Chemistry Society Transactions,1911,99:668)和4-腈甲基咪唑水解法(Pyman F.L.,A new synthesis of 4(or 5-)-β-Aminoethylglyoxaline,one of the active principles of Ergot.Journal of theChemistry Society Transactions,1911,99:668)等。但是，上述化学合成法的反应条件苛刻、原料成本高、产物复杂且环境污染大。

因此，开发高效、低成本且环境友好的IAA制备方法具有重要的现实意义。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的不足，提供一种咪唑-4-乙酸的生物合成方法，该方法反应条件温和、无需使用有机溶剂和有毒试剂且底物转化率高。

本发明提供了一种咪唑-4-乙酸的生物合成方法，包括以下步骤：

(1)以L-组氨酸为底物，在膜联L-氨基酸脱氨酶的催化下，进行脱氨反应，得到含有中间产物3-(4-咪唑)-2-氧丙酸的反应液；

(2)向所述反应液中加入过氧化氢溶液，进行反应，反应结束后，得到咪唑-4-乙酸。

上述生物合成过程如式(1)所示：

在于自然界中，氨基酸脱氨酶主要以分泌型形式存在，而来源于Proteus,Providencia,Morganellas等细菌的氨基酸脱氨酶则是与细胞膜进行偶联。与分泌型L-氨基酸脱氨酶相比，膜联L-氨基酸脱氨酶具有易于异源表达，不产生对细胞和酶有毒产物的特点，更适于工作催化的应用。

作为优选，所述膜联L-氨基酸脱氨酶的氨基酸序列的登陆号为BAA90864。该膜联L-氨基酸脱氨酶来源于普通变形杆菌IAM12003(Proteus vulgaris IAM12003)，其序列登陆号为BAA90864，该特定序列的酶对于侧链集团较大的氨基酸如组氨酸、酪氨酸和异亮氨酸等具有较好的催化活力。该基因序列可以通过PCR扩增得到或者化学合成得到。