用于底物的酶催化氧化的多成分系统及酶催化氧化方法技术方案

本发明专利技术涉及进行介体依赖性酶催化氧化的多成分系统，其包括氧化催化剂、氧化剂及介体，其特征在于：ａ）氧化催化剂选自由锰氧化酶组成的组；ｂ）氧化剂选自由氧及含氧化合物组成的组；ｃ）介体选自由含有锰离子的化合物组成的组。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于底物的介体依赖性酶催化氧化的多成分系统及酶催化氧化方法。用于底物的介体依赖性酶催化氧化的多成分系统及相应的方法，基本上是已知的。就此而言，介体通常是可被氧化还原酶氧化的化合物，即首先也是酶氧化催化剂的底物。介体以介体的氧化的形式(经活化的介体，例如介体游离基或介体阳离子)而著名，它们具有足够长的寿命而能自氧化还原酶扩散至氧化系统的实际底物并与其相互作用的。在经活化的介体与底物的相互作用中，底物被介体氧化。借助于底物的氧化，介体可被再生(催化型氧化系统)或被失活(化学计量氧化系统)。若介体被再生，则可用于新的催化循环。在直接酶催化氧化方法中，通过介体自底物转移至氧化还原酶的电子被转移至终端电子受体，如氧或过氧化物。在以过氧化物(直接或由前体释放)作为终端电子受体的方法中，仅过氧化物酶可被用作氧化还原酶。虽然已知许多这样的方法，但它们的缺点甚多在如纸张漂白或洗衣洗涤剂的工业方法中使用的过氧化物酶，其生产极为昂贵。再者，添加过氧化物酶亦成问题，因为在使方法有效的浓度下，过氧化物使过氧化物酶失活。前述作为过氧化物酶介体的许多化合物不能在工业上使用，因为它们经强烈着色，在毒理学或生态毒理学上是有害的，不能生物降解或仅能略微生物降解及供应量不足或不足够廉价。所以利用过氧化物作为终端电子受体的方法，目前尚不适于经济有利的工业用途。在氧作为来自待氧化的底物的电子的终端电子受体的方法中，氧化酶被用作氧化还原酶。文献中曾述及两组可用于介体依赖性酶催化氧化方法的氧化酶漆酶(Boubonnais和Paice(1990)，FEBSLETTERS，第267卷(1)，第99至102页，WO94/29510)及酪氨酸酶(WO94/29510)。与血红素辅基作为氧化还原活性中心的过氧化物酶的情况相反，在漆酶及酪氨酸酶的情况中，电子转移是由四个铜离子催化的，该铜离子与这些氧化酶(“蓝铜”氧化酶)的四个相应的铜结合位点配位。自介体顺序取总共四个电子，之后在四电子转移中将该四个电子转移至分子氧上。分子氧被还原成水，氧化酶被再生用于新的反应循环。举例言之，在WO94/29510、WO97/06244、WO96/10079或WO95/01426中曾述及许多介体，它们催化自待氧化的底物至氧化酶的电子转移。这些包含氧化酶及氧的介体依赖性酶催化氧化方法用于煤液化(WO94/29510)，用于木浆漂白(WO94/29510)，用于有机合成(Potthast等(1995)，J.Org.Chem.，第60卷，第4320至4321页)，作为洗衣洗涤剂及洗碗洗涤剂的漂白系统(WO97/06244)，用于粗斜纹绵布漂白(WO96/12846)，用于洗涤过程中防止染料转印(WO98/23716)或用于多环芳烃的裂解(Johannes等(1996)，Appl.Microbilo.Biotechnol.，第46卷，第313至317页)是已知的。但是，因介体具有妨碍工业使用的性质，利用氧化酶的酶催化氧化方法亦有重大缺点-在WO94/29510中被描述为特别有效的介体HBT不能生物降解(Amann(1997)，9th Int.Symp.On Wood and Pulp.Chem.，F4-1至F4-5)。-许多介体如HBT及紫尿酸的活性形式所使用的氧化酶失活(Amann(1997)，9th Int.Symp.On Wood and Pulp.Chem.，F4-1至F4-5)，所以在相应方法中需要使用大量的酶。-一组活性甚高的介体的特征在于具有N-O基，所以每个介体分子含有至少一个氮原子(WO94/29510)。因此使用含有N-O的化合物具有与毒性及生物降解性有关的问题。此外，纸浆制造业的生物废水纯化系统经常不能处理额外的氮负荷量。-一些介体，例如ABTS，形成强烈着色的游离基，所以导致待氧化的底物的不期望的褪色。-大多数介体含有氮或硫原子，所以生产比较昂贵。目前这些缺点也限制这些用于氧化底物的系统在工业上广泛使用。Archibald和Roy(Archibald和Roy(1992)，Appl.Environ.Microbiol.，第58卷，第1496至1499页)曾述及一种方法，其中由酚类及Mn2+/Mn3+组成的氧化还原级联作为氧化酶与待氧化的底物间的介体。该系统利用氧作为终端电子受体。所用的氧化酶是漆酶。被漆酶氧化的初级底物，最初为酚类，如间羟基苯甲酸或间甲苯酚。在有络合剂如焦磷酸根离子的存在下，在氧化的酚类的参与下，将Mn2+氧化成Mn3+的次级氧化可以发生。对该系统而言，并不能证实非酚类底物亦可被氧化。而且用仅用漆酶、Mn2+及络合剂的系统进行木质素氧化，不能发现去木质素作用。因该介体依赖性酶催化氧化系统不采用介体而改用酚类、络合剂及锰离子的组合，且由于必须采用酚类介体，因毒理学原因而妨碍了该方法的使用，所以，就技术观点而言，该系统较其它所述系统并无任何重大改进。此外，该系统的反应时间长达超过15小时，妨碍了该系统的实际使用。本专利技术的目的是提供用于底物的介体依赖性酶催化氧化的多成分系统，该系统无已知多成分系统的缺点，所以使待氧化的底物的简单及价廉的转化成为可能。借助于包括氧化催化剂、氧化剂及介体的多成分系统达到此目的，该多成分系统的特征在于a)氧化催化剂选自由锰氧化酶组成的组，b)氧化剂选自由氧及氧化合物所组成的组，c)介体选自由含有锰离子的化合物组成的组。优选地，本专利技术的多成分系统包括选自由可以与锰离子络合的络合剂组成的组的络合剂。为达到本专利技术的目的，锰氧化酶被理解为是直接氧化锰或锰离子并将所得电子转移至氧的氧化酶。优选地，在氧及络合剂的存在下，这种氧化酶能将Mn2+氧化成Mn3+。优选为含有铜离子作为氧化还原活性催化基团的锰氧化酶。举例而言，锰氧化酶可自已知的微生物中分离。为完成该项分离工作，这种微生物在它们形成锰氧化酶的条件下生长。在本专利技术的组合物中，最简单的情况中所用的锰氧化酶可为微生物的含有全部锰氧化酶的酶催化或化学破坏的细胞制品。但亦可能采用含有锰氧化酶的培养物上清液或分离出来的锰氧化酶。举例而言，锰氧化酶是由生盘纤发菌、SG-1芽孢杆菌及假单胞菌种形成(Nealson等(1989)，Beveridge和Doyle(编著)，金属离子及细菌，John Wiley and sons，Inc.，纽约，第383至411页)。用以编码来自生盘纤发菌及SG-1芽孢杆菌的锰氧化酶的基因已经被克隆并测序(Corstjens等(1997)，Geomicrobilo.Journal，第14卷，第91至108页及Van Waasbergen等(1996)，Journal of Bacteriology，第178卷，12期，第3517至3530页)。两种基因均编码含有自“蓝铜”氧化酶得知的铜结合序列的蛋白质，且其锰氧化酶活性通过添加铜而增加。除所述产生锰氧化酶的微生物外，其它微生物亦可用作锰氧化酶的来源。因此，举例言之，在锰氧化酶累积于芽孢内的微生物的情况中，例如SG-1芽孢杆菌，分离出来的芽孢亦可在本专利技术方法内用作酶源。再者，可以使用由重组体生产方法生产的锰氧化酶。在此情况中，重组体生产方法是指所有以下方法，其中编码锰氧化酶的基因是自天然生本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于介体依赖性酶催化氧化的多成分系统，其包括氧化催化剂、氧化剂及介体，其特征在于：ａ）氧化催化剂选自由锰氧化酶组成的组，ｂ）氧化剂选自由氧及氧化合物组成的组，ｃ）介体选自由含有锰离子的化合物组成的组。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：安东坎杜西奥，
申请(专利权)人：电化学工业有限公司国际，
类型：发明
国别省市：DE[德国]