稀有人参皂甙C-K：从酶法制备到合成生物学设计

摘要

稀有人参皂甙C-K是一种非天然的人参皂甙,它是人参总皂甙在人体内被肠道微生物分泌的酶催化转化的产物,是被人体吸收入血液进而发挥人参活性的主要分子之一。本实验室张阳师姐采用廉价的粗蜗牛酶催化人参皂甙Rb1制备稀有人参皂甙 C-K,优化了反应条件,构建了分离纯化制备 C-K结晶的体系。本文在此基础上,开展了稀有人参皂甙 C-K酶法制备工艺的连续运转,实现了工艺的适度放大,设计了一个合成 C-K的生物学元件,为将来实现稀有人参皂甙C-K的大规模制备奠定了基础。主要结果如下:
　　1.稀有人参皂甙 C-K酶法制备的连续运转。根据粗蜗牛酶催化人参皂甙Rb1制备稀有人参皂甙C-K的最优条件,即物料比6.214:1,pH值为4.4,温度46.40℃,反应时间15 h,来核算每个步骤所耗时间,并结合实验室仪器运转情况设计连续运转实验方案。在为期一个月的时间内,连续进行了14批次28组的实验,最终得到的稀有人参皂甙C-K产量为2675 mg,基本上达到了单次实验稀有人参皂甙C-K的产量103 mg。从工艺的连续运转结果看,用粗蜗牛酶催化人参皂甙Rb1制备稀有人参皂甙C-K的反应体系稳定,重复性高。
　　2.稀有人参皂甙C-K酶法制备工艺的放大。根据稀有人参皂甙C-K酶法制备的连续运转得到的结果,对人参皂甙Rb1、粗蜗牛酶以及纯化系统中硅胶粉的用量分别由原来的300 mg、48 mg和60 g放大至6 g、960 mg和600 g,并依照实验室建立的稀有人参皂甙 C-K酶法制备反应体系进行实验。最终得到稀有人参皂甙C-K的产量为1675 mg,虽然产率下降至55.33％,但制备每毫克稀有人参皂甙C-K的成本由原来的2.0869元下降至1.3547元。制备每100 mg稀有人参皂甙C-K的时间有原来的4 d降至0.44 d。
　　3.设计合成稀有人参皂甙C-K的生物学元件。通过对人参皂甙的生物合成途径进行研究,设计一条以价廉易得的角鲨烯为原材料,经鲨烯环氧酶、达玛烷合酶、P450细胞色素单加氧酶和人参皂甙糖基转移酶的催化,最终生成稀有人参皂甙 C-K的合成路线,为此通过合成生物学方法对路线中涉及到的酶的合成基因进行标准化设计,然后利用合成生物学原理设计一个合成生物学装置,以期专一性制备稀有人参皂甙C-K。

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第1章 前言

1.1 人参

1.2 人参皂甙

1.3 稀有人参皂甙C-K

1.4 人参皂甙的生物合成途径

1.5 合成生物学

1.6 本论文的研究内容、目的和意义

第2章 稀有人参皂甙C-K酶法制备工艺的连续运转

2.1 材料与方法

2.2 结果与分析

2.3 本章小结

第3章 稀有人参皂甙C-K酶法制备工艺的放大

3.1 材料与方法

3.2 结果与分析

3.3 本章小结

第4章 稀有人参皂甙C-K的合成生物学设计

4.1 关键酶基因标准化

4.2 标准化的关键酶基因的连接

4.3 合成稀有人参皂甙C-K的生物学元件设计

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果