氨基丁酸合成综述.doc

α-氨基丁酸合成方法及研究 专业：微生物学 学号：130820002 姓名：李安琪 摘要：该篇综述概括了α-氨基丁酸化学和生物的合成方法，但是侧重点 在生物合成，包括酶转化、酶拆分和微生物转化。生物合成比化学合成更有优势， 比如符合环境友好的宗旨，节约成本，条件温和，产量有巨大的提升空间。 关键词：α-氨基丁酸，，，α-和γ-氨基丁酸广泛分布在动物和植物组织中，但还没发现生物体中有β-氨基丁酸。α-氨基丁酸(AABA)，又名氨酪酸，是一种白色针状结晶，易溶于水。有L-、D-、DL-、α-amino butyric acid)是抑制人体神经信息传递的非天然氨基酸，具有加强葡萄糖磷酸酯酶的活性，促进脑细胞代谢的作用，也是一种重要的化工原料和医药中间体，如抗结核药物盐酸乙胺丁醇和抗癫痫药物左乙拉西坦的合成。近年来，AABA在饲料工业中研究和应用越来越受到人们的关注，因其对畜禽具有抗热应激、促进生长、提高饲料利用率的作用，又可改善畜禽的健康，提高其生产性能[1]。 1.2 2-氨基丁酸合成方法 AABA的合成方法有多种。国内外 2-氨基丁酸的制备方法可分为化学法和生物法。 化学法制备是比较经典的方法，主要有化学法合成和化学法拆分。其中化学合成法主要有6种，文献报道主要有通过脱硫反应、氨化水解反应、丁酮酸还原的方法等。奚强等以正丁酸和溴为起始原料，经 α-卤代反应制备了 2-溴丁酸，然后在氨水中合成了 2-氨丁酸，总收率为 60% 左右，此类方法虽然操作简单，但往往反应条件苛刻，易生成副产物; Soloshonok等运用手性拆分试剂与消旋的氨基丁酸形成非对映异构体进行拆分得到 L-2-氨基丁酸，光学纯度可达到98% 。此类方法需要昂贵的试剂，成本较高，工业生产不易采用，同时大量有机溶剂的使用还会造成环境污染。 生物法又包括微生物发酵法和细胞外酶转化法，微生物发酵法专属性较强，条件温和，环境污染少，但存在反应产物成分复杂、分离繁琐的缺点。酶催化转化则是一种高选择性反应，不同种类的酶可作用于不同构型和不同种类的特定底物，从而达到定向转化的目的。目前酶法制备 L-2-氨基丁酸主要有两种，一种是对消旋 2-氨基丁酸进行酶法拆分制备。焦庆才等先用醋酐乙酰化 2-氨基丁酸，再用氨基酰化酶进行拆分，产物收率约 35%，同时通过将剩余的酰化 2-氨基丁酸化学法消旋来提高收率。另一种是以 2-羰基丁酸为原料，通过脱氢酶或者转氨酶来催化制备。Krix 等用亮氨酸脱氢酶催化 500 mmol/L 的 2-羰基丁酸还原制备 2-氨基丁酸，收率为 86%; Shin等则用转氨酶催化 50 mmol/L 的 2-羰基丁酸和氨基供体制备得到 L-2-氨基丁酸[2]。 1.3 重点内容 国内外对α-氨基丁酸的化学合成研究较多。因此对化学合成α-氨基丁酸简要做一下介绍，然后重点介绍生物合成α-氨基丁酸的方法，以及自己的体会。 2 化学合成α-氨基丁酸 奚强等研究2-氨基丁酸化学合成方法，以正丁酸和溴为原料，采用PPA（多聚磷酸）路线合成2-溴丁酸，2-溴丁酸与氨水为起始原料制备2-氨基丁酸，所得的2-氨基丁酸经用乙醇的水溶液（水与乙醇的体积比为1:3）重结晶。 虽然研究中与PBr3、氨气路线做了对比，PPA氨水路线相对来说操作简单、收率高、反应条件温和、后处理简单。但是观察实验操作发现需要长时间、高温的处理，而且生成的氨基丁酸非人体直接利用[3]。 硫链丝菌素(thiostrepton)和涂链霉素（stendomycin）经过催化加氢或者氢硼化钠处理能将残基ɑ-脱氢氨基丁酰转化成2-氨基丁酸，但是催化加氢效果不理想[4]。 考虑到该化学过程只需在室温下处理后蒸发，并没有苛刻的条件；但是氨基丁酸的产量取决于硫链丝菌素和涂链霉素的产量，或许可以找到高产这两种抗生素的生物。 图1 抗生素产生2-氨基丁酸的过程图 3生物合成α-氨基丁酸3.1 酶转化法 苏氨酸为底物，苏氨酸脱氢酶为催化剂，产生中间产物2-羰基丁酸，再用亮氨酸脱氢酶转化中间产物，最终产生L-2-氨基丁酸，同时以甲酸脱氢酶催化甲酸铵来实现辅酶NADH的再生[2]。 图2 苏氨酸酶转化为2-氨基丁酸的过程图 利用甘氨酸脱氢酶GDH催化甘油生产二十二碳六烯酸Leucine Dehydrogenase, LDH)以 NADH 为辅酶，可以将多种酮酸类化合物还原氨化为相应的手性氨基酸，本研究利用由 LDH 催化2-羰基丁酸还原氨化生成 2-氨基丁酸的反应作为偶联酶再生体系，构建包括辅酶NAD+循环再生的多酶反应[5]。 图3 甘油脱氢酶与亮氨酸脱氢酶偶联以实现辅酶NAD+的循环再生 综合图2和图3两个反应过程，可以联合在一起，以苏氨酸和甘油为底物，经过甘油脱氢酶、苏氨酸脱氢酶和亮氨酸脱氢酶催化，最终既可以收获