羧酸还原酶的功能分析和底物选择性研究开题报告

 2021-08-08 12:08

1. 研究目的与意义

研究目的:利用羧酸还原酶CAR完成生物体内的酸醇转化是目前已知的羧酸生物还原途径之一,现有文献表明CAR具有底物谱广泛,对芳香族、脂肪族和杂环羧酸均具有活力的特点,CAR的底物选择性对于其后期应用至关重要。本论文拟基于基因组数据库挖掘含其他功能团基团羧酸还原能力的羧酸还原酶,在大肠杆菌中进行克隆表达,并通过SFP共表达实现蛋白的活性表达,分离纯化鉴定其酶学性质与底物选择性,研究其活性与功能基团种类,羧基距离,链长等因素的关系,并最终获得具有羟基羧酸还原能力的羧酸还原酶。

研究意义:传统化学法催化羧酸到醛的还原反应,不仅需要贵金属作为催化剂,而且存在反应条件极端、对相邻官能团的耐受性差、产生副反应等缺点。羧酸还原酶(Carboxylic acid reductase,CAR, EC 1.2.1.30和EC 1.2.1.31)是一类广泛分布于细菌、真菌及部分植物体内的多功能酶,可高效催化由羧酸到醛的化学反应,利用羧酸还原酶生物还原羧酸为相应醛,不仅反应条件温和、底物谱宽泛、针对性强,可专一识别羧酸基团,还能解决化学合成法产生的环保压力和能源问题,显著降低生产过程中的资源与能源消耗。羧酸还原酶还可与醇脱氢酶形成级联反应生成醇类等具有高附加值的下游化合物,可用于添加剂、清洁能源、精细化工及生物医药等领域。具有重要的研究意义及广阔的市场应用前景。

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2. 国内外研究现状分析

近几十年来,生物催化技术受到越来越多的关注,并推动了合成有机化学和生物技术的发展,促进了绿色可持续发展的合成途径的研究。羧酸还原酶是一种用途广泛的酶分布于细菌、真菌和植物中。最近对CARs的开创性研究证明了这一点,它们能有效地选择性地将大量的羧酸底物还原为相应的底物醛基,这是一个非常困难的转换使用化学方法。然而,CARs的全部潜力还有待开发。

详见文献综述。

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3. 研究的基本内容与计划

研究内容:

(1)羧酸还原酶CAR基因的挖掘和优化合成;

(2)羧酸还原酶CAR基因和SFP基因的共表达;

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4. 研究创新点

羧酸还原酶是一类广泛分布于细菌、真菌及部分植物体内的多功能酶,可高效催化由羧酸到醛的化学反应,利用羧酸还原酶生物还原羧酸为相应醛,不仅反应条件温和、底物谱宽泛、针对性强,可专一识别羧酸基团,还能解决化学合成法产生的环保压力和能源问题,显著降低生产过程中的资源与能源消耗。

羧酸还原酶还可与醇脱氢酶形成级联反应生成醇类等具有高附加值的下游化合物,可用于添加剂、清洁能源、精细化工及生物医药等领域。

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