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环氧氯丙烷(又称表氯醇,简称ECH)是一种重要的工业原料,主要用于合成环氧树脂、氯醇橡胶、涂料、胶粘剂、增强材料和浇铸材料等产品。此外,光学活性的ECH也是一种重要的C3手性合成子,用于手性药物中间体的制备。ECH的生产工艺主要包括丙烯高温氯化法和醋酸烯丙酯法,其主要原料均依赖于石油工业,生产成本高,且环境污染严重。近年来,以生物柴油副产物甘油为原料,经过甘油的化学加卤和二氯丙醇的生物脱卤合成ECH的工艺路线已成为研究热点。本论文的主要研究内容包括:生物催化剂卤醇脱卤酶的筛选与改造、卤醇脱卤酶的分离纯化及酶学性质研究和静息细胞催化1,3-二氯-2-丙醇(1,3-DCP)合成手性ECH的研究。主要研究结果如下:首先,建立了基于pH指示剂溴百里香酚蓝显色反应的高通量筛选方法,并结合气相色谱分析法,从土壤中筛选得到产卤醇脱卤酶的野生菌ZJB11071以及从实验室保藏的菌种中筛选得到产卤醇脱卤酶的基因工程菌ZJB09258。在底物1,3-DCP浓度为20 mM时,反应6 h后两者的转化率分别为42.3%和67.4%。经过形态学观察、生理生化特征与分子鉴定,确定ZJB11071为蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus),并对其进行了系统发育分析。接着研究了不同底物浓度对两者催化效率的影响。通过比较二者的催化特性,选择基因工程菌ZJB09258做进一步研究。由于HheC的酶活及底物耐受水平较低,因此我们通过同源建模及分子对接方法分析了底物1,3-DCP与酶的相互作用关系,选择14个有利的突变位点对HheC进行改造,利用基因的体外合成技术,获得拟突变的卤醇脱卤酶基因。选择pET-28b(+)作为表达载体,大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)作为宿主细胞,构建了重组工程菌E.coli BL21(DE3)/pET-28b-HHDH。然后对突变后的卤醇脱卤酶(Mut-HHDH)和原始卤醇脱卤酶(Wt-HHDH)进行分离纯化,并对两者酶学性质进行研究。结果显示Mut-HHDH的比酶活(582 U/mg)是Wt-HHDH的26倍。45℃下Mut-HHDH的半衰期(39.3 h)是Wt-HHDH的半衰期(13.2 h)的3倍。Mut-HHDH的动力学参数Kcat(1011.1 s-1)是Wt-HHDH的动力学参数kcat(54.9 s-1)的 18 倍。最后考察了静息细胞E.coli BL21(DE3)/pET-28b-HHDH催化1,3-DCP合成ECH的最优反应条件。确定最适转化条件为:pH 8.4,反应温度45℃,菌体浓度8 g/L,在最优条件下,底物1,3-DCP浓度为60 mM时,反应1 h后1,3-DCP转化率为78.1%,ECH浓度为43.2 mM。同时考察了底物浓度及产物浓度对静息细胞酶活的影响。结果表明,底物浓度在0-180 mM时,底物对酶活的抑制作用很小,但是产物ECH和Cl-对酶活的抑制均非常明显。为解除产物Cl-的抑制,选择焙烧镁铝水滑石(Mg3Al-CLDH)作为吸附剂,并对其去除脱卤过程中产生的Cl-的能力进行了研究。结果表明,在10 mL转化体系(pH 8.4,0.2M)中加入Mg3Al-CLDH 0.3 g,底物浓度为60 mM时,反应1 h后转化率为94.5%,ECH浓度达到54.3 mM。与未添加Mg3Al-CLDH相比,转化率由78.1%提高到了 94.5%,ECH浓度由43.2 mM提高到了 54.3 mM。