绿色化学工程论文提纲

2022-11-15

论文题目：利用脂肪酸合成线性α-烯烃的融合蛋白OleT-BM3R的设计与应用

摘要：线性α-烯烃（Linear α-Olefins,LAOs）因其优越的理化性质,被广泛认为是化石燃料理想的替代品。它们也是用于生产润滑剂,清洁剂和高分子聚合物的重要工业原料。目前,LAOs的生产还严重依赖石油工业化学品乙烯的聚合,从而导致仅能生成偶数碳长α-烯烃,因此该方法具有局限性。基于当下全球能源储备减少以及全球对于新能源以及绿色化学发展的迫切需求,开发可再生的烯烃合成方式变得十分重要。目前,通过金属催化的方式合成LAOs已取得了一些进展。该方法以储备量丰富,可再生的脂肪酸作为原料,在金属催化剂脱羰作用下合成C（n-1）LAOs。但是,金属催化合成烯烃通常需要剧烈的反应条件（反应温度一般≥ 110℃）,并且需要特殊方法控制烯烃的α选择性,同时需要等量的脂肪酸激活剂酸酐活化反应。因此,开发条件更为温和,生态友好的方法合成烯烃十分重要。2011年,来自细菌Jeotgalicoccus sp.ATCC 8456的一种新型P450酶蛋白OleTJE被报道,它能够催化脂肪酸,以H202为氧化剂进行氧化脱羧,合成相应的线性α-烯烃。但是,OleTJE在毫摩/升级别浓度的H2O2条件下会失去活性,且依赖H202的脱羧反应系统通常具有低催化效率和有限的底物范围。近期的研究表明OleTJE与其他的氧化还原系统偶联后,能够以O2为氧化剂,NAD（P）H为电子供体催化脂肪酸脱羧。但这些催化体系存在诸如催化效率较低,底物的选择范围有限,多酶体系导致的操作相对复杂等问题,也限制了其在烯烃合成方面的应用前景。本研究基于结构比对信息,将OleTJE与P450BM3（CYP102A1）的还原酶结构域（BM3R）融合,得到新型的融合蛋白—OleT-BM3R。活性测试表明OleTJE通过改造,能够利用P450BM3的还原酶结构域,以NADPH作为电子供体,02作为氧化剂,在室温下、水溶液中,以较高的转化率催化饱和脂肪酸（FAs C4:0-C20:0）氧化脱羧生成相应的LAOs。此外,该氧化脱羧系统可以与亚磷酸脱氢酶的NADPH再生系统相结合,以廉价的亚磷酸钠作为终电子供体。与其他的OleTJE催化系统相比,OleT-BM3R具有更优的催化表现:a)使OleTJE催化脂肪酸脱羧产α-烯烃的反应摆脱了对H202的依赖,使其具有良好的生物兼容性;b)活性、催化脂肪酸底物的范围以及稳定性均得到了提高:能够有效地催化链长为4-20个碳的饱和脂肪酸,在37℃水浴24h后几乎没有活性的损失,可被制成冻干粉且保存在-20℃数月后依然没有影响其催化活性;c)与NADPH再生循环系统的偶联使反应体系能够用微量的NADPH进行有效的反应,且可以无需纯化酶、利用细胞自身代谢的NADPH（无需额外添加）进行裂解液反应,极大地降低了反应的经济成本;d)反应体系能够很好地放大,实现1克级别的脂肪酸（FAC18:0）脱羧合成相应α-烯烃（转化率达到60%）。这些结果显示该酶已经初步具有作为常规保存、运输的用于LAOs体外合成的催化剂产品的特质,且为体内生物合成烯烃奠定基础。

关键词：绿色化学;生物催化;蛋白质工程;氧化脱羧;α-烯烃

学科专业：生物物理学

摘要

ABSTRACT

符号说明

1 引言

1.1 研究背景

1.2 脂肪酸脱羰合成C_((n-1))LAOs研究进展

1.3 脂肪酸脱羧合成C_((n-1))LAOs研究进展

1.3.1 P450脂肪酸脱羧酶OleT_(JE)

1.3.2 OleT_(JE)催化机理研究

1.3.3 OleT_(JE)催化系统改进研究