Angew. Chem. :Pickering乳液共固定酶与辅因子用于连续流动生物催化

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连续流动生物催化制高光学纯手性醇、手性胺等医药中间体受到学术界和工业界的普遍关注,已成为各个国家的科技和产业发展战略。然而,生物催化反应过程往往需要酶与辅因子共同参与。尽管以往的研究提出了多种酶与辅因子的固定化方法,但仍存在反应效率低、辅因子难以循环等问题。酶与辅因子的共固定以及辅因子的循环再生仍是一项巨大的挑战。


近日,山西大学杨恒权教授团队开发了一种酶和辅因子在Pickering乳滴内共固定的连续流动生物催化体系。该体系可以将水溶性辅因子限域在乳滴内部,同时使酶吸附在乳滴界面上,从而实现酶和辅因子在微尺度空间内的共固定。而后将其装填于固定床反应器中用于连续流动催化。这种独特的体系允许辅因子自由地与酶接触,并使辅因子在乳滴内部循环再生,为酶和辅因子共固定及其连续化反应提供了一种新的平台。



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以NADPH参与的酶催化不对称还原反应和PLP参与的酶催化不对称转氨反应为例,与传统的两相反应相比,Pickering乳液连续流动体系转化率可达90%以上,产物手性醇及手性胺的ee值均大于99%,催化效率提高了2-3倍。相比已报道的体系,该体系表现出长时间的运行稳定性(300~400 h)和高的TTN (59204 mol mol-1)。

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此外,该论文还研究了酶与辅因子在Pickering乳液内的空间分布、空间距离以及液滴尺寸大小等对反应的影响,实现了酶与辅因子在时间与空间上的高效耦合,进一步提高了产物的生成效率以及选择性。建立的理论模型揭示了底物浓度、辅因子浓度、液滴尺寸等反应条件对催化效率的影响规律,进而实现对反应体系的精确调控。

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在该工作中,杨恒权教授团队发展了Pickering乳液共固定酶与辅因子用于连续流动生物催化的方法,实现了连续化制备高光学纯手性醇和手性胺,揭示了催化效率与乳滴内酶与辅因子分布、乳滴尺寸等的构效关系,将推动连续流动生物催化向实用化水平发展。

文信息

Co-compartmentalization of Enzymes and Cofactors within Pickering Emulsion Droplets for Continuous-Flow Catalysis

Wei Wei, Dr. Rammile Ettelaie, Xiaoming Zhang, Min Fan, Yue Dong, Dr. Zebiao Li, Prof. Hengquan Yang


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202211912




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