[发明专利]一种L-天冬氨酸-α-脱羧酶及其应用

说明书

本发明涉及生物工程领域，尤其涉及一种L‑天冬氨酸‑α‑脱羧酶，其氨基酸序列以及基因序列如序列表中SEQ ID NO.1，SEQ ID NO.2以及SEQ ID NO.3所示。其根据桃蚜（Myzus persicae）基因组中编码半胱氨酸亚磺酸脱羧酶的基因序列，进行密码子优化后，体外合成该基因。克隆到表达载体，转入大肠杆菌构建成高表达工程菌。将该工程菌培养诱导后，检测发现该酶具有L‑天冬氨酸‑α‑脱羧酶活性，该酶在合适条件下能将L‑天冬氨酸转化为β‑丙氨酸，克服了现有技术中的原核来源的L‑天冬氨酸‑α‑脱羧酶易失活的缺陷，因而可在酶用量较小以及较低成本的条件下用于β‑丙氨酸的工业化生产。

技术领域

本发明涉及生物工程领域，尤其涉及一种L-天冬氨酸-α-脱羧酶及其应用。

背景技术

L-天冬氨酸-α-脱羧酶(L-aspartate-α-decarboxylase，EC4.1.1.11，ADC)，又称L-天冬氨酸-1-脱羧酶，可催化L-天冬氨酸脱掉α位羧基生成β-丙氨酸。

目前报道的 ADC 主要有两类，第一类 ADC发现于细菌和古细菌中，此类ADC 以丙酮酰基团作为活性中心；第二种 ADC发现于部分古细菌和昆虫中，需要辅酶磷酸吡哆醛(PLP)完成催化活性，这一类酶通常具有多种催化能力，催化特异性较差，但无底物依赖性失活。

β-丙氨酸又名 3-氨基丙酸，是生物体内合成泛酸的重要前体物质，是自然界中唯一天然存在的β型氨基酸。目前主要采用化学法合成β-丙氨酸，如丙烯酸法、β-氨基丙腈法等。但这些方法普遍对条件和动力要求高，分离纯化困难，易污染环境，因此开发绿色安全的生物法生产工艺具有十分明显的经济和社会效益。

生物酶催化法生产β-丙氨酸，目前主要使用原核来源的丙酮酰依赖型的ADC。该类酶的催化机理为:底物 L-天冬氨酸通过一个 Schiff 碱结构连接丙酮酰基团形成酶-底物的中间体，中间体脱去α-羧基（释放一分子CO₂）形成延伸的烯醇结构，该结构去质子化，获得酶-产物的 Schiff 碱中间体，最后通过水解作用释放产物β-丙氨酸，同时丙酮酰基团再生。但是在脱羧过程中亚胺结构的异常质子化，是导致转氨作用形成的主要原因，转氨作用伴随脱羧作用的发生，最终会导致酶失去了丙酮酰基团，也就失去了催化活性。这也就会导致原核来源的酶每催化一个反应就会失活，无法实现反复利用，因此在β-丙氨酸制备时酶用量太大，成本过高。

综上所述，寻找一种可以反复催化L-天冬氨酸脱羧反应的ADC成为实现β-丙氨酸工业制备的关键因素。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的原核来源的L-天冬氨酸-α-脱羧酶易失活无法反复利用，导致β-丙氨酸制备时酶用量太大，成本过高的缺陷，提供了一种来源于真核生物，且能够反复利用的一种L-天冬氨酸-α-脱羧酶，其能够在催化制备β-丙氨酸过程中反复使用，同时酶用量有效减小，成本大幅下降。

为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种L-天冬氨酸-α-脱羧酶，该酶氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示。

作为优选，该酶原始编码基因序列如序列表中SEQ ID NO.2所示。

作为优选，为便于在大肠杆菌中表达，该酶编码基因序列被优化如SEQ ID NO.3所示。

本发明中的L-天冬氨酸-α-脱羧酶来源为真核生物桃蚜（Myzus persicae），其在桃蚜中的基因原始编码序列如序列表中SEQ ID NO.2所示，但是SEQ ID NO.2中所示的编码序列不利于在大肠杆菌中表达，因此本发明中为了便于大肠杆菌的表达，对该基因做了密码子优化，优化后的具体序列如SEQ ID NO.3所示。