大肠杆菌转酮醇酶分子改造及催化酒石酸半醛合成

摘要

转酮醇酶（transketolase, TK, EC. 2.2.1.1）是一种焦磷酸硫胺素和二价阳离子依赖性酶，可催化二碳单位的转移，可逆形成C–C键，在多酶催化生产化学品、药物前体和不对称合成方面有广泛应用。文中以大肠杆菌（Escherichia coli） K12转酮醇酶TKTA为研究对象，通过定点饱和突变和组合突变提升对非磷酸化底物的反应活性，并探索突变酶TKTA＿M催化合成酒石酸半醛。结果表明：突变酶TKTA＿M （R358I/H461S/R520Q）最适反应温度为32℃，最适反应pH为7.0，以D-甘油醛为受体底物的比酶活为（6.57±0.14） U/mg，是野生型比酶活（（0.71±0.02） U/mg）的9.25倍。在酶学性质研究的基础上，设计20 mL的反应体系，以50 mmol/L 5-酮基-D-葡萄糖酸和50 mmol/L非磷酸化乙醇醛为底物，TKTA＿M催化合成酒石酸半醛，最终酒石酸半醛的产量为3.71g，摩尔转化率为55.34%。研究结果为生物质制备L-（+）-酒石酸提供数据支撑，同时为转酮醇酶催化非磷酸化底物提供了借鉴。