[发明专利]一种制备酮酸的方法及该方法在制备氨基酸或氨基酸衍生物中的应用

说明书

本发明涉及基因工程技术领域，具体涉及一种制备酮酸的方法，其以甘氨酸和醇类有机物为底物进行酶催化反应，酶催化反应过程中，醇类有机物转化为醛类有机物，甘氨酸和醛类有机物转化成β‑羟基‑α氨基酸，β‑羟基‑α氨基酸再转化为酮酸。本发明还公开了酮酸的制备方法在制备氨基酸中的应用。本发明所用酶的数量大大少于天然合成途径，生产成本低，其搭建了酮酸的人工代谢平台，能够产生多种中药的酮酸，如苯丙酮酸、4‑甲基2‑氧戊酸、丙酮酸、2‑氧代丁酸等，操作简单，产率高，底物利用率高，污染低。

技术领域

本发明涉及生物工程技术领域，具体涉及一种制备酮酸的方法及该方法在制备氨基酸中的应用。

背景技术

氨基酸是生物功能大分子蛋白质的基本组成单位，在人和动物的生命活动以及营养健康方面发挥着至关重要的作用。氨基酸是含有碱性氨基(-NH₂)和酸性羧基(-COOH)的有机化合物，且氨基和羧基连接在同一个碳原子上，其化学通式是RCHNH₂COOH。根据对人体需要程度,可分为必需氨基酸和非必需氨基酸。除了生物合成的天然氨基酸外，还包括人工合成的非天然氨基酸。氨基酸类产品在医疗/保健,食品(调味品),饲料添加剂,化妆品,化学合成等多领域有着广泛的用途，已然成为全球性一大产业。

目前世界上氨基酸的主要生产方法包括发酵法，化学合成法，水解法以及化学合成-酶法。发酵法是利用微生物自身所具有的合成各种氨基酸能力，通过菌株诱变等处理，选育出各种缺陷型及抗性的变异菌株，以解除代谢通路中的反馈与阻遏，以实现某种氨基酸过量生产为目的的一种生产方法。发酵法生产氨基酸不可避免的缺点是难以控制各种非目标氨基酸的产生与积累，生产周期长，提纯难度大，成本高。化学合成法是借助于各种有机物之间复杂的反应生产氨基酸的一种方法。虽然化学合成法可以生产各种天然氨基酸和非天然氨基酸，但所得氨基酸大多为光学消旋体(含有D和L两种旋光异构体)，大大制约了其工业价值。同时，化学合成法也存在反应复杂，步骤多，污染环境的问题。水解法是以富含蛋白质的物质如毛发等为原料，通过酸、碱或蛋白质水解酶进行水解，再经过分离纯化获得各种氨基酸的工艺过程。水解法原料较为丰富，投产相对容易，但产量低，成本较高且对环境的污染比较大。

目前，国内除谷氨酸、赖氨酸等少量氨基酸外，大部分氨基酸依然无法实现产业化生产，至今仍为国外企业垄断。而大多数氨基酸均可通过酮酸经一步转氨酶合成，因此，酮酸的生产和制备极为重要。目前来说，酮酸的制备存在的问题是使用有毒的催化剂，并且产量和转化率低的现象。公开号为US08153839B2的美国专利公开了通过乙炔化合物水合合成酮酸或氨基酸的方法，其使用金属盐和过渡金属络合物的水合允许在温和条件下由乙炔-羧酸合成酮酸(包括酮酸和酮酸衍生物)，而不使用极其有害的汞催化剂，并且可以在同一容器中通过随后的还原胺化由合成的酮酸(包括酮酸和酮酸衍生物)容易地合成氨基酸(包括氨基酸和氨基酸衍生物)，然而其操作复杂，生产过程难以控制，且产量和转化率较低，难以实现工业化大批量生产。

因此，本发明旨在从酮酸的制备着手突破技术创新，全面提高多种天然氨基酸或非天然氨基酸及衍生物产量，提高产品市场竞争力。

发明内容

本发明所解决的技术问题之一在于提供一种底物利用率高、污染底、产量高、生产成本低的一种制备酮酸的方法。

本发明所解决的技术问题之二在于提供一种底物利用率高、污染底、产量高、生产成本低的一种制备二醇类有机物的方法。

本发明所解决的技术问题之三在于能够产生多种重要的酮酸：苯丙酮酸、4-甲基2-氧戊酸、丙酮酸、2-氧代丁酸等，并且该途径可应用于其它酮酸及氨基酸的生产中。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种制备酮酸的方法，以甘氨酸和醇类有机物为底物进行酶催化反应，酶催化反应过程中，醇类有机物转化为醛类有机物，甘氨酸和醛类有机物转化成β-羟基-α氨基酸，β-羟基-α氨基酸再转化为酮酸。