利用纤维二糖脱氢酶和漆酶催化制备乳糖酸的研究文献综述

 2022-07-14 06:07

题目:

利用添加漆酶和氧化还原介质的工程粗糙脉孢菌菌株从纤维素中生产纤维二酸酯

摘要:

我们报道了一种新的纤维素纤维素酸生产工艺,使用的是一种工程真菌菌株,外源添加了漆酶和氧化还原介质。一种先前设计的粗糙脉孢菌菌株(F5Delta;ace-1Delta;cre-1Delta;ndvB)显示直接从纤维素产生纤维二酸盐而不添加外源纤维素酶。具体而言,粗糙脉孢菌产生纤维素酶,其将纤维素水解成纤维二糖,和纤维素脱氢酶(CDH),其将纤维二糖氧化成纤维二糖。然而,纤维二糖向纤维二糖的转化受到分子氧对CDH的缓慢再氧化的限制。通过向发酵中添加低浓度的漆酶和氧化还原介质,CDH可被氧化还原介体有效氧化,并通过漆酶原位再氧化氧化还原介体。通过评估pH,缓冲液和漆酶以及氧化还原介质添加时间对纤维二糖的产率来优化纤维素向纤维二酸盐的转化。进行质量和物质平衡,并且针对外源平菇(Exurotus ostreatus)漆酶评估在这种转化系统中使用天然粗糙脉孢菌病例。本文描述了在发酵系统中使用CDH-ATBS-漆酶系统从纤维素生产纤维二糖的工作概念。

导言:

由于这些过程的可靠性和成本效益[3],过去十年开发了用于生产有机酸的微生物发酵平台[1,2]。近年来,由于其独特的生理化学性质,羧酸如乳糖酸(LBA)已成为特种酸。 LBA是一种高附加值的有机酸,在药品,食品和化妆品中有许多应用[4]。为了与基于石油的羧酸生产工艺竞争,利用低成本底物开发微生物工艺至关重要[4]。 LBA目前通过化学合成在能量密集型工艺中生产,需要昂贵的金属催化剂。或者,LBA可以通过使用精制乳糖作为底物的各种细菌和真菌菌株在生物学上生产[5-8]廉价的底物干酪乳清也被研究作为Psuedomonas taetrolens在环境友好发酵过程中生产LBA的底物[4,7,8]。催化生物转化的关键酶是乳糖脱氢酶[5-8]

LBA也可以由CDH酶促产生乳糖。 CDH是由几种纤维素分解真菌产生的血液酶。 它含有C-末端黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)结构域,负责氧化乳糖或纤维二糖,分别导致乳糖酸盐或纤维二糖酸盐的形成。 随后两个电子从FAD结构域转移到N末端血红素结构域[9]。 为了使CDH重新获得功能,必须在电子受体的帮助下氧化还原的血红素结构域。 如果不存在其他电子受体,则氧是该系统中的电子受体。 虽然整体反应在热力学上是有利的,但分子氧对CDH的再氧化速度非常慢,并且是将乳糖转化为LBA的限速步骤[10,11]。

除了氧之外,各种基质如金属离子,醌和有机染料都可以作为CDH血红素结构域的替代电子受体[12]。 二氯苯酚吲哚(DCPIP)和2,2#39;-连氮基 - 双[3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸](ABTS)是两种氧化还原介质,可以非常有效地从CDH接受电子[12]。 然而,添加氧化还原介体以促进CDH中的电子转移以提高乳糖向LBA的转化率是成本过高的,除非氧化还原介体可以原位再生。

Baminger等报道了一种新型CDH-ABTS-漆酶双酶系统,用于将乳糖快速氧化成LBA [12]。漆酶是重要的多铜氧化酶,也广泛分布在木材降解真菌中[13]。它们在白腐病和褐腐病中特别普遍,推测参与木质素降解[14]。与CDH相比,漆酶氧化大量还原物质并且非常有效地使用氧作为最终电子受体。用氧作为最终电子受体来增加CDH乳糖氧化速率的一种策略是使用催化量的DCPIP或ABTS,通过漆酶原位再生氧化还原介体。如图1所示,CDH减少。当乳糖被氧化成乳糖酸时,反过来,还原的CDH在氧化还原介质的帮助下被再氧化,然后通过漆酶氧化再生。最后,当电子通过氧气(最终的电子受体)时,漆酶会再生。发现这种双酶级联系统能够使用ABTS作为氧化还原介体显着提高乳糖向LBA的转化率[12,15]。

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