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甘油脱氢酶(glycerol dehydrogenase,GDH)以NAD+为辅酶,可将甘油转化为1,3-二羟基丙酮(1,3-dihydroxyacetone,DHA),DHA在化妆品、医药和化工领域都有着广泛的应用。
亮氨酸脱氢酶(leucine dehydrogease,LDH)以NADH为辅酶,可将2-丁酮酸还原胺化为手性医药中间体2-氨基丁酸。将甘油脱氢酶和亮氨酸脱氢酶相偶联,能够以甘油和2-丁酮酸为底物合成DHA和2-氨基丁酸,同时实现辅酶NAD+的循环再生。
以NADH为起始辅酶行偶联反应。结果表明,pH8.5,1.0 mol/L的NH4OH-NH4Cl缓冲液适合偶联反应的进行,提高GDH的用量可以提高产物DHA和2-氨基丁酸的产量。
以NAD+为起始辅酶,当其初始浓度为0.1μmol/L时,TTN最高可以达到5110,但是产物浓度和底物的平衡转化率却仅为1.40%(对甘油)和2.6%(对2-丁酮酸)。通过分析各反应底物和产物对GDH和LDH活性的影响,表明产物DHA和2-氨基丁酸对GDH和LDH强烈的抑制效应是造成反应转化率低的主要原因。
对偶联反应体系中GDH和LDH的反应动力学模型进行了初步探索,为下一步系统建立完整的动力学模型提供了值得借鉴的方法和思路。
本文首次将GDH和LDH偶联,生产两种产物的同时实现辅酶循环再生,为酶法偶联实现辅酶再生提供了一种新的途径。此外,通过对偶联反应中的动力学常数的考察,为酶偶联法实现辅酶再生的多酶体系的设计和构建提供理论指导。