【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物催化，尤其涉及一种甲酸脱氢酶突变体、其固定化酶及其在电酶催化co2中的应用。
技术介绍
1、随着工业化和现代化进程的发展，化石资源的消耗不断增加，同时也加剧了co2的排放，进而导致气候变化和全球变暖。为了降低大气中co2的水平，全球各国相继开发了包括co2捕获、储存和利用在内的新技术。co2是一种丰富的可再生碳原料，可用于燃料和精细化学品的合成，例如甲酸、甲醇、乙醇等。因此，将co2活化并转化为增值的燃料和精细化学品为缓解温室效应和促进可再生资源利用提供了一种双赢的选择，也是解决由co2排放引起的环境问题的重要途径之一。
2、目前对co2的还原方法包括化学催化、热催化、光催化和电催化等。其中，化学催化需要高温高压的反应环境，会产生高能耗和高成本的问题。热催化反应使用反射镜阵列聚焦以产生强烈的热点，再通过高温催化发生反应，设备成本较高。光催化反应速率慢，且一些光催化材料容易失活、稳定性差。电催化需要较高的过电位才能实现催化反应，因此催化效率较低。与上述方法相比，生物催化在实践应用中更具潜力，其可以在温和、环保的条件下实现高选择性和高效率的co2还原。尤其是，酶电耦合催化系统改善了氧化还原平衡，克服了热力学限制。然而，目前已报道的甲酸脱氢酶仍存在酶活性低、稳定性差、无法重复利用等问题。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种甲酸脱氢酶突变体、其固定化酶及其在电酶催化co2中的应用。
2、本专利技术借助基因工程技术手段，以申请人在先获得的高活性的甲
3、具体地，本专利技术提供以下技术方案：
4、第一方面，本专利技术提供一种甲酸脱氢酶突变体，所述甲酸脱氢酶突变体与耐酸脱硫孢菌(desulfosporosinus acididurans)野生型甲酸脱氢酶相比，含有第120位谷氨酰胺突变为丙氨酸、第179位丝氨酸突变为甲硫氨酸和第587位精氨酸突变为甘氨酸的突变；
5、所述耐酸脱硫孢菌(desulfosporosinus acididurans)野生型甲酸脱氢酶的ncbi登录号为wp_083996037.1。
6、优选地，所述甲酸脱氢酶突变体的氨基酸序列如seq id no.1所示。
7、seq id no.1：
8、
9、
10、以上所述的甲酸脱氢酶突变体具有高催化活性，较突变前的甲酸脱氢酶的活性显著提高，能够更高效地催化二氧化碳转化为甲酸或甲酸盐。
11、第二方面，本专利技术提供编码以上所述的甲酸脱氢酶突变体的核酸分子。
12、根据以上所述的甲酸脱氢酶突变体的氨基酸序列和密码子规则，本领域技术人员能够获得编码所述甲酸脱氢酶突变体的核酸分子的核苷酸序列。基于密码子的简并性，所述核酸分子的核苷酸序列并不唯一，所有能够编码所述甲酸脱氢酶突变体的核酸分子均在本专利技术的保护范围内。
13、优选地，所述核酸分子的核苷酸序列如seq id no.2所示。
14、第三方面，本专利技术提供包含以上所述的核酸分子的生物材料；所述生物材料为表达盒、载体或宿主细胞。
15、其中，所述表达盒为将所述核酸分子与转录和/或翻译调控元件可操作性地连接得到的重组核酸分子。
16、所述载体包括但不限于质粒载体、病毒载体、转座子等。其中质粒载体包括表达载体、克隆载体。
17、所述宿主细胞包括微生物细胞，优选为埃希氏菌属细菌或酵母，更优选为大肠杆菌。
18、第四方面，本专利技术提供一种重组基因工程菌，所述重组基因工程菌表达以上所述的甲酸脱氢酶突变体，或者包含以上所述的核酸分子，或者携带包含以上所述的核酸分子的载体。
19、优选地，所述重组基因工程菌为大肠杆菌或酵母。
20、在本专利技术的一些实施方式中提供一种重组大肠杆菌，其表达以上所述的甲酸脱氢酶突变体，可用于生产以上所述的甲酸脱氢酶突变体。
21、第五方面，本专利技术提供以上所述的甲酸脱氢酶突变体或所述核酸分子或所述生物材料或所述重组基因工程菌的以下任意一种应用：
22、(1)在制备固定化甲酸脱氢酶中的应用；
23、(2)在制备用于电酶催化co2制备甲酸或甲酸盐的电极材料中的应用；
24、(3)在催化二氧化碳转化为甲酸或甲酸盐中的应用；
25、(4)在利用二氧化碳生产甲酸或甲酸盐中的应用；
26、(5)在构建用于转化二氧化碳生产甲酸或甲酸盐的工程菌中的应用。
27、第六方面，本专利技术提供一种固定化甲酸脱氢酶，所述固定化甲酸脱氢酶包含以上所述的甲酸脱氢酶突变体和固定化载体。
28、优选地，所述固定化载体为金属有机骨架(mof)材料。
29、在本专利技术的一些实施方式中，所述固定化载体为zr基mof。优选为nu-1000。
30、nu-1000是一种新型mof材料，具有高孔隙率和高稳定性。本专利技术通过将所述甲酸脱氢酶突变体与nu-1000固定化结合制备为固定化酶，显著提高了甲酸脱氢酶突变体的稳定性(包括温度稳定性、ph稳定性和储存稳定性)，同时解决了游离酶无法回收利用的问题，得到的固定化酶同时具有高催化活性、高稳定性和可重复利用性，对底物的km值为41mm，kcat/km值为0.1s-1·mm-1；对辅酶的km值为0.1mm，kcat/km值为45s-1·mm-1；置于pbs缓冲液(100mm，ph 7.0)中，在4℃条件下保存30天后，仍然可以保持初始活性的89％；经过20次重复利用之后，活性仍然可以保持初始活性的81％。
31、优选地，所述固定化载体和甲酸脱氢酶突变体的质量比为(5-20)：1。
32、第七方面，本专利技术提供以上所述的固定化甲酸脱氢酶的制备方法，所述方法包括：将所述甲酸脱氢酶突变体与固定化载体混合处理，通过孔道扩散的方法，使得甲酸脱氢酶突变体吸附并被包裹于mof的孔径中。
33、上述处理优选为在20-28℃下恒温震荡处理1-5h。
34、进一步地，本专利技术通过将所述固定化甲酸脱氢酶制备为碳布电极或者玻碳电极等电极进行电酶耦合催化二氧化碳转化为甲酸或甲酸盐。
35、第八方面，本专利技术提供用于电酶催化co2制备甲酸或甲酸盐的电极，所述电极包含电极本体以及涂布于电极本体表面的催化剂；所述催化剂包含以上所述的固定化甲酸脱氢酶。
36、优选地，所述电极本体为碳布电极或者玻碳电极。
37、在本专利技术的一些实施方式中提供用于电酶催化co2制备甲酸的碳布电极，其包括碳布电极和涂布在碳布电极表面的催化剂，所述催化剂为上述固定化甲酸脱氢酶。优选地，电极中催化剂的负载量控制在0本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种甲酸脱氢酶突变体，其特征在于，所述甲酸脱氢酶突变体与耐酸脱硫孢菌(Desulfosporosinus acididurans)野生型甲酸脱氢酶相比，含有第120位谷氨酰胺突变为丙氨酸、第179位丝氨酸突变为甲硫氨酸和第587位精氨酸突变为甘氨酸的突变；
2.根据权利要求1所述的甲酸脱氢酶突变体，其特征在于，所述甲酸脱氢酶突变体的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示。
3.核酸分子，其特征在于，所述核酸分子编码权利要求1或2所述的甲酸脱氢酶突变体。
4.生物材料，其特征在于，所述生物材料包含权利要求3所述的核酸分子；所述生物材料为表达盒、载体或宿主细胞。
5.一种重组基因工程菌，其特征在于，所述重组基因工程菌表达权利要求1或2所述的甲酸脱氢酶突变体，或者包含权利要求3所述的核酸分子，或者携带包含权利要求3所述的核酸分子的载体；
6.权利要求1或2所述的甲酸脱氢酶突变体或权利要求3所述的核酸分子或权利要求4所述的生物材料或权利要求5所述的重组基因工程菌的以下任意一种应用：
7.一种固定化甲酸脱氢酶，其特
8.权利要求7所述的固定化甲酸脱氢酶的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将甲酸脱氢酶突变体与固定化载体混合处理，通过孔道扩散的方法，使得甲酸脱氢酶突变体吸附并被包裹于MOF材料的孔径中。
9.用于电酶催化CO2制备甲酸或甲酸盐的电极，其特征在于，所述电极包含电极本体以及涂布于电极本体表面的催化剂；
10.权利要求7所述的固定化甲酸脱氢酶或权利要求9所述的电极在催化CO2制备甲酸或甲酸盐中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种甲酸脱氢酶突变体，其特征在于，所述甲酸脱氢酶突变体与耐酸脱硫孢菌(desulfosporosinus acididurans)野生型甲酸脱氢酶相比，含有第120位谷氨酰胺突变为丙氨酸、第179位丝氨酸突变为甲硫氨酸和第587位精氨酸突变为甘氨酸的突变；
2.根据权利要求1所述的甲酸脱氢酶突变体，其特征在于，所述甲酸脱氢酶突变体的氨基酸序列如seq id no.1所示。
3.核酸分子，其特征在于，所述核酸分子编码权利要求1或2所述的甲酸脱氢酶突变体。
4.生物材料，其特征在于，所述生物材料包含权利要求3所述的核酸分子；所述生物材料为表达盒、载体或宿主细胞。
5.一种重组基因工程菌，其特征在于，所述重组基因工程菌表达权利要求1或2所述的甲酸脱氢酶突变体，或者包含权利要求3所述的核酸分子，或者携带包...
【专利技术属性】
技术研发人员：史红玲，付牧然，唐存多，李丹丹，姚伦广，阚云超，
申请(专利权)人：南阳师范学院，
类型：发明
国别省市：
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