專(zhuān)利名稱(chēng)：一種胞外酶催化糖合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有機(jī)物合成，尤其涉及糖的合成。
背景技術(shù)：
糖是人類(lèi)食物的主要成分，它主要來(lái)源于植物光合作用。植物光合作用包括利用葉綠素吸收太陽(yáng)能，并將能量轉(zhuǎn)移到NADPH和ATP的光反應(yīng)，和利用NADPH和ATP驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)化二氧化碳和水，形成碳水化合物的暗反應(yīng)。自然界植物光合作用效率較低，理論上，植物光合作用最大效率僅為4. 6-6.0%，其效率低的主要原因包括，第一，葉綠素只能吸收占太陽(yáng)入射光能量不到一半的400-700納米光子；第二，每吸收8個(gè)光子能量，只能產(chǎn)生轉(zhuǎn)化一個(gè)分子二氧化碳所需要的2個(gè)NADPH分子和3個(gè)ATP分子，即使按照紅光光子能量計(jì)算，也只有43%的吸收能量轉(zhuǎn)移到NADPH和ATP上，由于其他波長(zhǎng)較短，能量較高，實(shí)際效率更低； 第三，植物通過(guò)卡爾文循環(huán)，每消耗12摩爾NADPH和18摩爾ATP，才能合成1摩爾葡萄糖， 由于1摩爾葡萄糖氧化，釋放的自由能僅為686. 8千卡(高于燃燒釋放的能量)，因此，按照自由能計(jì)算，卡爾文循環(huán)的熱力學(xué)效率僅為79%。由于植物進(jìn)行光合作用，還需要合適的氣候條件，從而進(jìn)一步降低了效率，年均實(shí)際效率低于1 %。在人工光合作用合成糖方面，人們?cè)O(shè)想采用光伏電池或光伏產(chǎn)氫獲取的能量再生NADPH和ATP，驅(qū)動(dòng)光合作用暗反應(yīng)Calvin循環(huán)合成糖(Pace，R. J.，An Integrated Artificial Photosynthesis Model, in Artificial Photosynthesis, A. F. C. a. C. Critchley, Editor. 2005, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA :Weinheim.)， 可提高光吸收及再生NADPH的能量效率，從而提高人工光合作用效率，如果實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)糧食，與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比，可以大幅度降低土地需要量和水資源消耗。但是，光合作用再生ATP，是通過(guò)光合磷酸化來(lái)進(jìn)行的，目前人工再生ATP的進(jìn)展還很有限，最近才第一次實(shí)現(xiàn)了人工光合作用再生ATP與Calvin-Benson循環(huán)的偶合(Wendell，D.，J. Todd, and C. Montemagno,Artificial Photosynthesis in Ranaspumin-2 Based Foam DOI :10.1021/ nll00550k. nano letters, 2010)，該方法使用青蛙表面活性蛋白構(gòu)成泡沫結(jié)構(gòu)，將光合作用產(chǎn)生的ATP和NADPH導(dǎo)入，進(jìn)行暗反應(yīng)，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且在該方法中，ATP等需要在反應(yīng)區(qū)和再生區(qū)頻繁移動(dòng)，導(dǎo)入到反應(yīng)區(qū)的效率低，使暗反應(yīng)所消耗的ATP能量就接近產(chǎn)物糖的能量，考慮到植物Calvin-Benson循環(huán)中消耗的ATP所含有的能量?jī)H相當(dāng)于產(chǎn)物能量的25%，其實(shí)際效率還很低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有人工合成糖使用植物光合作用的暗反應(yīng)過(guò)程，通過(guò)輸入能量再生ATP來(lái)驅(qū)動(dòng)，需要復(fù)雜結(jié)構(gòu)反應(yīng)器，而且效率低的缺點(diǎn)，提供一種新的不需要輸入能量再生ATP，從而提高效率，而且不需要復(fù)雜反應(yīng)器的糖合成方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種糖合成方法，包括甲醛在酶催化下，與5-磷酸核酮糖反應(yīng)，產(chǎn)生6-磷酸果糖，6_磷酸果糖在酶催化下，轉(zhuǎn)化為糖，或?qū)⑻腔永m(xù)到淀粉或纖維素鏈上。上述糖合成方法中，還包括通過(guò)電解或酶催化氫氣還原NAD到NADH，或通過(guò)電解或酶催化氫氣還原NADP到NADPH，然后NADH或NADPH在酶催化下還原二氧化碳產(chǎn)生甲醛， 或通過(guò)化學(xué)催化使二氧化碳加氫生成甲醛。上述兩種合成方法中，還可以增加再生5-磷酸核酮糖過(guò)程，包括酶催化6-磷酸果糖與ATP反應(yīng)，生成1，6_ 二磷酸果糖，然后在酶催化下分解為3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮，磷酸二羥丙酮在酶催化下轉(zhuǎn)化為3-磷酸甘油醛，一部分3-磷酸甘油醛在酶催化作用下，和6-磷酸果糖通過(guò)磷酸戊糖途徑產(chǎn)生5-磷酸核酮糖，另一部分3-磷酸甘油醛在酶催化下，產(chǎn)生1，3- 二磷酸甘油酸，同時(shí)再生NADH或NADPH，然后再轉(zhuǎn)化為3-磷酸甘油酸，同時(shí)再生ATP，2分子3-磷酸甘油酸在酶催化下，產(chǎn)生1，5- 二磷酸核酮糖，然后在酶催化下，再生ATP和5-磷酸核酮糖。另外一種再生5-磷酸核酮糖方法，包括在酶催化下，6-磷酸果糖轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖，1-磷酸葡萄糖與1，3- 二磷酸甘油酸作用，生成1，6- 二磷酸葡萄糖和3磷酸甘油酸， 1,6- 二磷酸葡萄糖在酶催化下，與6-磷酸果糖反應(yīng)，生成1，6- 二磷酸果糖和6-磷酸半乳糖，6-磷酸半乳糖在酶催化下，轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖，然后1，6- 二磷酸果糖，在酶催化下分解為3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮，磷酸二羥丙酮在酶催化下轉(zhuǎn)化為3-磷酸甘油醛，一部分3-磷酸甘油醛在酶催化作用下，和6-磷酸果糖通過(guò)磷酸戊糖途徑產(chǎn)生5-磷酸核酮糖， 另一部分3-磷酸甘油醛在酶催化下，再生1，3- 二磷酸甘油酸，二分子3-磷酸甘油酸在酶催化下，產(chǎn)生1，5-二磷酸核酮糖，然后在酶催化下，與ADP反應(yīng)，再生ATP和5-磷酸核酮糖。 在該方法中，還可以增加一種酶，催化ATP與6-磷酸果糖反應(yīng)生成1，6- 二磷酸果糖，補(bǔ)充磷酸糖脂在反應(yīng)過(guò)程中水解損失。另外一種糖合成方法，包括在酶催化下，甲醛與5-磷酸核酮糖反應(yīng)，產(chǎn)生6-磷酸果糖，6-磷酸果糖轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖，二分子1-磷酸葡萄糖發(fā)生歧化反應(yīng)，生成1分子 1,6- 二磷酸和1分子葡萄糖，1,6- 二磷酸葡萄糖與6-磷酸果糖反應(yīng)，生成1，6_ 二磷酸果糖和6-磷酸半乳糖，6-磷酸半乳糖轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖，1，6- 二磷酸果糖，在酶催化下分解為3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮，磷酸二羥丙酮在酶催化下轉(zhuǎn)化為3-磷酸甘油醛，3-磷酸甘油醛在酶催化作用下，和6-磷酸果糖通過(guò)磷酸戊糖途徑產(chǎn)生5-磷酸核酮糖。另外一種糖合成方法包括通過(guò)電解或酶催化氫氣還原NAD到NADH，或通過(guò)電解或酶催化氫氣還原NADP到NADPH，然后NADH或NADPH在酶催化下與二氧化碳和5-磷酸核酮糖一起反應(yīng)，生成6-磷酸葡萄糖酸，6-磷酸葡萄糖酸在酶催化下，再經(jīng)過(guò)脫水內(nèi)酯化和 NADH或NADPH還原，生成6-磷酸葡萄糖，6-磷酸葡萄糖在酶催化下，轉(zhuǎn)變?yōu)樘牵蛟诿复呋?，轉(zhuǎn)化為1-磷酸葡萄糖，然后將糖基接續(xù)到淀粉或纖維素鏈上。在該方法中，還可以增加 5磷酸核酮糖再生反應(yīng)，反應(yīng)包括在酶催化下，6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)化為6-磷酸果糖，6-磷酸果糖與ATP反應(yīng)，生成1，6- 二磷酸果糖，然后在酶催化下分解為_(kāi)3磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮，磷酸二羥丙酮在酶催化下轉(zhuǎn)化為3-磷酸甘油醛，一部分3-磷酸甘油醛在酶催化作用下，和6-磷酸果糖通過(guò)磷酸戊糖途徑產(chǎn)生5-磷酸核酮糖，另一部分3-磷酸甘油醛在酶催化下，產(chǎn)生1，3- 二磷酸甘油酸，同時(shí)再生NADH或NADPH，然后再轉(zhuǎn)化為3-磷酸甘油酸，同時(shí)再生ATP，2分子3-磷酸甘油酸在酶催化下，產(chǎn)生1，5- 二磷酸核酮糖，然后在酶催化下，再生ATP和5-磷酸核酮糖。也可以使用下列反應(yīng)再生5-磷酸核酮糖在酶催化下，6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)化為6-磷酸果糖，再轉(zhuǎn)化為1-磷酸葡萄糖，1-磷酸葡萄糖與1，3-二磷酸甘油酸作用，生成1，6- 二磷酸葡萄糖和3-磷酸甘油酸，1，6- 二磷酸葡萄糖在酶催化下，與6-磷酸果糖反應(yīng)，生成1，6- 二磷酸果糖和6-磷酸半乳糖，6-磷酸半乳糖在酶催化下，轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖，然后1，6_ 二磷酸果糖，在酶催化下分解為3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮，磷酸二羥丙酮在酶催化下轉(zhuǎn)化為3-磷酸甘油醛，一部分3-磷酸甘油醛在酶催化作用下，和6-磷酸果糖通過(guò)磷酸戊糖途徑產(chǎn)生5-磷酸核酮糖，另一部分3-磷酸甘油醛在酶催化下，再生1， 3- 二磷酸甘油酸，二分子3-磷酸甘油酸在酶催化下，產(chǎn)生1，5_ 二磷酸核酮糖，然后在酶催化下，與ADP反應(yīng)，生成ATP和5-磷酸核酮糖。另外一種糖合成方法，包括通過(guò)電解或酶催化氫氣還原NAD到NADH，或通過(guò)電解或酶催化氫氣還原NADP到NADPH，然后NADH或NADPH在酶催化下與二氧化碳和5-磷酸核酮糖一起反應(yīng)，生成6-磷酸葡萄糖酸，6-磷酸葡萄糖酸在酶催化下，再經(jīng)過(guò)脫水內(nèi)酯化，然后在酶催化下，經(jīng)NADH或NADPH還原，生成6-磷酸葡萄糖，6-磷酸葡萄糖在酶催化下，轉(zhuǎn)化為 1-磷酸葡萄糖，二分子1-磷酸葡萄糖在酶催化作用下，發(fā)生歧化反應(yīng)，生成1分子1，6_ 二磷酸和葡萄糖，1,6- 二磷酸葡萄糖在酶催化下，與6-磷酸果糖反應(yīng)，生成1，6- 二磷酸果糖和6-磷酸半乳糖，6-磷酸半乳糖在酶催化下，轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖，1，6- 二磷酸果糖，在酶催化下分解為3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮，磷酸二羥丙酮在酶催化下轉(zhuǎn)化為3-磷酸甘油醛，3-磷酸甘油醛在酶催化作用下，和6-磷酸果糖通過(guò)磷酸戊糖途徑產(chǎn)生5-磷酸核酮糖。在這些技術(shù)方案中，使用的酶包括1、催化氫氣還原NAD再生NADH的氫化酶(1. 12. 1. 3)或類(lèi)似酶；2、催化電解還原NAD再生NADH的氫化酶(1. 12. 1. 2)或類(lèi)似酶；3、催化NADH還原二氧化碳生成甲酸的甲酸脫氫酶(1. 2. 1. 2)或類(lèi)似酶；4、催化NADH還原甲酸生成甲醛的甲醛脫氫酶(1.2.1.46)或類(lèi)似酶；5、催化甲醛與5-磷酸核酮糖反應(yīng)生成6磷酸己糖的6磷酸己酮糖合成酶 (4. 1. 2. 43)或類(lèi)似酶；6、催化6磷酸己糖轉(zhuǎn)化為6磷酸果糖的6磷酸己酮糖變構(gòu)酶(5. 3. 1. 27)或類(lèi)似酶；7、催化磷酸戊糖途徑的轉(zhuǎn)酮酶(2. 2. 1. 1)和醛酸轉(zhuǎn)移酶(2. 2. 1. 2)或類(lèi)似酶；8、催化5磷酸核糖轉(zhuǎn)化為5磷酸核酮糖的磷酸核糖異構(gòu)酶(5. 3. 1. 6)或類(lèi)似酶；9、催化5磷酸木酮糖轉(zhuǎn)化為5磷酸核酮糖的5磷酸核酮糖差向酶(5. 1. 3. 1)或類(lèi)似酶；10、催化6磷酸果糖與ATP反應(yīng)，生成1，6 二磷酸果糖的6磷酸果糖激酶 (2. 7.1.11)或類(lèi)似酶；11、催化1，6 二磷酸果糖分解為3磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮的二磷酸果糖酶 (4. 1. 2. 13)或類(lèi)似酶；12、催化磷酸二羥丙酮轉(zhuǎn)化為3磷酸甘油醛的磷酸丙酮異構(gòu)酶(5. 3. 1. 1)或類(lèi)似酶；13、催化3磷酸甘油醛轉(zhuǎn)變?yōu)?，3 二磷酸甘油酸的3磷酸甘油醛脫氫酶 (1. 2. 1. 12)或類(lèi)似酶
14、催化1，3 二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)?磷酸甘油酸的3磷酸甘油酸激酶(2. 7. 2. 3) 或類(lèi)似酶；15、催化2分子3磷酸甘油酸縮合生成1，5 二磷酸核酮糖的二磷酸核酮糖羧化酶 (4. 1. 1. 39)或類(lèi)似酶；16、催化1，5 二磷酸核酮糖轉(zhuǎn)變?yōu)?磷酸核酮糖的磷酸核酮糖激酶(2.7. 1. 19)或類(lèi)似酶；17、催化6磷酸果糖轉(zhuǎn)變?yōu)?磷酸葡萄糖的磷酸葡萄糖異構(gòu)酶(5. 3. 1. 9)或類(lèi)似酶；18、催化6磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)?磷酸葡萄糖；催化6磷酸果糖與1，6 二磷酸葡萄糖反應(yīng)，生成1，6 二磷酸果糖和6磷酸半乳糖；以及催化6磷酸半乳糖轉(zhuǎn)化為1磷酸葡萄糖的葡萄糖磷酸變位酶(5. 4. 2. 2)或類(lèi)似酶；19、催化1磷酸葡萄糖接續(xù)到淀粉鏈上的α淀粉酶(2. 4. 1. 1)或類(lèi)似酶；20、催化1磷酸葡萄糖與1，3 二磷酸甘油酸反應(yīng)生成1，6 二磷酸葡萄糖和3磷酸甘油酸的1，6 二磷酸葡萄糖合成酶(2. 7. 1. 106)或類(lèi)似酶；21、催化2分子1磷酸葡萄糖歧化為1，6 二磷酸葡萄糖和葡萄糖的1磷酸葡萄糖歧化酶(2. 7. 1. 41)或類(lèi)似酶；22、催化NADH或NADPH與二氧化碳及5磷酸核酮糖反應(yīng)生成6磷酸葡萄糖酸的磷酸葡萄糖脫氫酶(ι. ι. 1. 44)或類(lèi)似酶；23、催化6磷酸葡萄糖酸脫水生成6磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯的6磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯酶 (3. 1. 1. 31)或類(lèi)似酶；24、催化6磷酸葡萄糖內(nèi)酯與NADH或NADPH反應(yīng)，生成6磷酸葡萄糖的6磷酸葡萄糖脫氫酶(1.1.1.49)或類(lèi)似酶。這些酶可以固定到載體上，增加穩(wěn)定性和壽命，提高轉(zhuǎn)化數(shù)，降低酶制備成本。酶也可以直接加入到反應(yīng)器內(nèi)液相中。溶劑可使用水，也可使用其他有機(jī)溶劑，提供酶的壽命?？梢允褂靡粋€(gè)反應(yīng)器完成糖合成將完成合成反應(yīng)所需要的所有酶加入到反應(yīng)器中，加入原料和必要的中間產(chǎn)物，在一個(gè)反應(yīng)器中完成所有反應(yīng)，包括電解反應(yīng)，從而在反應(yīng)器中合成最終產(chǎn)物糖，將糖從反應(yīng)器中分離，得到產(chǎn)物糖。使用氫氣和不是純的二氧化碳做原料，還可以使用二氧化碳固定反應(yīng)器，糖合成反應(yīng)器和分離器組成的系統(tǒng)，在啟動(dòng)反應(yīng)器時(shí)，向溶液中加入合成糖反應(yīng)所需要的所有酶， 加入必要的中間產(chǎn)物，在二氧化碳固定反應(yīng)器中通入含有二氧化碳的氣體，在糖合成反應(yīng)器中通入高純度氫氣，反應(yīng)液在二氧化碳固定反應(yīng)器中停留一段時(shí)間，在酶催化下進(jìn)行二氧化碳固定反應(yīng)，然后排出進(jìn)入糖合成反應(yīng)器，停留一段時(shí)間，在酶催化下，進(jìn)行糖合成反應(yīng)，反應(yīng)液排出糖合成反應(yīng)器后，進(jìn)入分離器，分離出糖后，反應(yīng)液進(jìn)入二氧化碳固定反應(yīng)器，重復(fù)以上過(guò)程，不斷產(chǎn)生糖。本發(fā)明的有益效果是，不需要通過(guò)ATP來(lái)驅(qū)動(dòng)糖合成反應(yīng)，簡(jiǎn)化了工藝；可以使用簡(jiǎn)單的反應(yīng)器完成合成反應(yīng)，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；同時(shí)，只需要使用與植物光合作用暗反應(yīng)同樣數(shù)量的NADH或等價(jià)能量來(lái)驅(qū)動(dòng)糖合成反應(yīng)，不需要增加再生ATP所需要的能量，提高了轉(zhuǎn)化的能量效率。


下面結(jié)合附圖和典型實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1本發(fā)明實(shí)施例3，以氫氣和燃煤電廠廢氣為原料，廢氣提供二氧化碳，酶催化合成淀粉的工藝示意圖；圖中1為含二氧化碳濃度為10%左右的燃煤電廠廢氣，2為排出氣體，3為氫氣，4 為淀粉，5為二氧化碳固定反應(yīng)器，6為產(chǎn)糖反應(yīng)器，7為分離器。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1，甲醛做原料，生產(chǎn)葡萄糖在連續(xù)流反應(yīng)器中，水做溶劑，加入反應(yīng)所需要的酶，表1列出了這些酶以及它們催化的反應(yīng)，另加入中間產(chǎn)物6磷酸葡萄糖，保持反應(yīng)器溫度為25°C，反應(yīng)物甲醛連續(xù)加入到回流液中，流入反應(yīng)器，反應(yīng)器出口連續(xù)流出溶液， 經(jīng)分離葡萄糖，脫除部分水后，回流流入反應(yīng)器。甲醛在反應(yīng)器入口溶液中濃度為30%，反應(yīng)器出口葡萄糖濃度約為10%，由于檢測(cè)不到副產(chǎn)物，甲醛接近100%轉(zhuǎn)化為葡萄糖。在這個(gè)實(shí)施例中，還可以增加化學(xué)催化，二氧化碳加氫合成甲醛反應(yīng)，將原料改為氫氣和二氧化碳。表1，甲醛做原料，通過(guò)胞外酶催化合成葡萄糖，所使用的酶及它們催化的反應(yīng)
權(quán)利要求
1.一種胞外酶催化糖合成方法，其特征包括甲醛在酶催化下，與5-磷酸核酮糖反應(yīng)， 產(chǎn)生6-磷酸果糖，6-磷酸果糖在酶催化下，轉(zhuǎn)化為糖，或?qū)⑻腔永m(xù)到淀粉或纖維素鏈上。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征是還包括通過(guò)電解或酶催化氫氣還原NAD到NADH， 或通過(guò)電解或酶催化氫氣還原NADP到NADPH，然后NADH或NADPH在酶催化下還原二氧化碳產(chǎn)生甲醛，或通過(guò)化學(xué)催化使二氧化碳加氫生成甲醛。
3.如權(quán)利要求1或2所述方法，其特征是還包括酶催化6-磷酸果糖與ATP反應(yīng)，生成1，6- 二磷酸果糖，然后在酶催化下分解為3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮，磷酸二羥丙酮在酶催化下轉(zhuǎn)化為3-磷酸甘油醛，一部分3-磷酸甘油醛在酶催化作用下，和6-磷酸果糖通過(guò)磷酸戊糖途徑產(chǎn)生5-磷酸核酮糖，另一部分3-磷酸甘油醛在酶催化下，產(chǎn)生1，3- 二磷酸甘油酸，同時(shí)再生NADH或NADPH，然后再轉(zhuǎn)化為3-磷酸甘油酸，同時(shí)再生ATP，2分子 3-磷酸甘油酸在酶催化下，產(chǎn)生1，5- 二磷酸核酮糖，然后在酶催化下，再生ATP和5-磷酸核酮糖。
4.如權(quán)利要求1或2所述方法，其特征是還包括在酶催化下，6-磷酸果糖轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖，1-磷酸葡萄糖與1，3- 二磷酸甘油酸作用，生成1，6- 二磷酸葡萄糖和3磷酸甘油酸，1，6- 二磷酸葡萄糖在酶催化下，與6-磷酸果糖反應(yīng)，生成1，6- 二磷酸果糖和6-磷酸半乳糖，6-磷酸半乳糖在酶催化下，轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖，然后1，6_ 二磷酸果糖，在酶催化下分解為3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮，磷酸二羥丙酮在酶催化下轉(zhuǎn)化為3-磷酸甘油醛， 一部分3-磷酸甘油醛在酶催化作用下，和6-磷酸果糖通過(guò)磷酸戊糖途徑產(chǎn)生5-磷酸核酮糖，另一部分3-磷酸甘油醛在酶催化下，再生1，3- 二磷酸甘油酸，二分子3-磷酸甘油酸在酶催化下，產(chǎn)生1，5- 二磷酸核酮糖，然后在酶催化下，與ADP反應(yīng)，再生ATP和5-磷酸核酮糖。
5.如權(quán)利要求4所述方法，其特征是所述方法還包括在酶催化下，ATP與6-磷酸果糖反應(yīng)生成1，6-二磷酸果糖。
6.一種胞外酶催化糖合成方法，其特征包括在酶催化下，甲醛與5-磷酸核酮糖反應(yīng)， 產(chǎn)生6-磷酸果糖，6-磷酸果糖轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖，二分子1-磷酸葡萄糖發(fā)生歧化反應(yīng)， 生成1分子1，6_ 二磷酸和1分子葡萄糖，1,6- 二磷酸葡萄糖與6-磷酸果糖反應(yīng)，生成1， 6- 二磷酸果糖和6-磷酸半乳糖，6-磷酸半乳糖轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖，1，6- 二磷酸果糖，在酶催化下分解為3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮，磷酸二羥丙酮在酶催化下轉(zhuǎn)化為3-磷酸甘油醛，3-磷酸甘油醛在酶催化作用下，和6-磷酸果糖通過(guò)磷酸戊糖途徑產(chǎn)生5-磷酸核酮糖。
7.一種胞外酶催化糖合成方法，其特征包括通過(guò)電解或酶催化氫氣還原NAD到NADH， 或通過(guò)電解或酶催化氫氣還原NADP到NADPH，然后NADH或NADPH在酶催化下與二氧化碳和 5-磷酸核酮糖一起反應(yīng)，生成6-磷酸葡萄糖酸，6-磷酸葡萄糖酸在酶催化下，再經(jīng)過(guò)脫水內(nèi)酯化和NADH或NADPH還原，生成6-磷酸葡萄糖，6-磷酸葡萄糖在酶催化下，轉(zhuǎn)變?yōu)樘?，或在酶催化下，轉(zhuǎn)化為1-磷酸葡萄糖，然后將糖基接續(xù)到淀粉或纖維素鏈上。
8.如權(quán)利要求7所述方法，其特征是還包括在酶催化下，6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)化為6-磷酸果糖，6-磷酸果糖與ATP反應(yīng)，生成1，6- 二磷酸果糖，然后在酶催化下分解為_(kāi)3磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮，磷酸二羥丙酮在酶催化下轉(zhuǎn)化為3-磷酸甘油醛，一部分3-磷酸甘油醛在酶催化作用下，和6-磷酸果糖通過(guò)磷酸戊糖途徑產(chǎn)生5-磷酸核酮糖，另一部分3_磷酸甘油醛在酶催化下，產(chǎn)生1，3-二磷酸甘油酸，同時(shí)再生NADH或NADPH，然后再轉(zhuǎn)化為3-磷酸甘油酸，同時(shí)再生ATP，2分子3-磷酸甘油酸在酶催化下，產(chǎn)生1，5_ 二磷酸核酮糖，然后在酶催化下，再生ATP和5-磷酸核酮糖。
9.如權(quán)利要求7所述方法，其特征是還包括在酶催化下，6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)化為6-磷酸果糖，再轉(zhuǎn)化為1-磷酸葡萄糖，1-磷酸葡萄糖與1，3- 二磷酸甘油酸作用，生成1，6- 二磷酸葡萄糖和3-磷酸甘油酸，1，6- 二磷酸葡萄糖在酶催化下，與6-磷酸果糖反應(yīng)，生成1， 6_二磷酸果糖和6-磷酸半乳糖，6-磷酸半乳糖在酶催化下，轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖，然后1， 6- 二磷酸果糖，在酶催化下分解為3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮，磷酸二羥丙酮在酶催化下轉(zhuǎn)化為3-磷酸甘油醛，一部分3-磷酸甘油醛在酶催化作用下，和6-磷酸果糖通過(guò)磷酸戊糖途徑產(chǎn)生5-磷酸核酮糖，另一部分3-磷酸甘油醛在酶催化下，再生1，3- 二磷酸甘油酸，二分子3-磷酸甘油酸在酶催化下，產(chǎn)生1，5- 二磷酸核酮糖，然后在酶催化下，與ADP反應(yīng)，生成ATP和5-磷酸核酮糖。
10.一種胞外酶催化糖合成方法，其特征包括通過(guò)電解或酶催化氫氣還原NAD到NADH， 或通過(guò)電解或酶催化氫氣還原NADP到NADPH，然后NADH或NADPH在酶催化下與二氧化碳和5-磷酸核酮糖一起反應(yīng)，生成6-磷酸葡萄糖酸，6-磷酸葡萄糖酸在酶催化下，再經(jīng)過(guò)脫水內(nèi)酯化，然后在酶催化下，經(jīng)NADH或NADPH還原，生成6-磷酸葡萄糖，6-磷酸葡萄糖在酶催化下，轉(zhuǎn)化為1-磷酸葡萄糖，二分子1-磷酸葡萄糖在酶催化作用下，發(fā)生歧化反應(yīng)，生成 1分子1，6_ 二磷酸和葡萄糖，1，6_ 二磷酸葡萄糖在酶催化下，與6-磷酸果糖反應(yīng)，生成1， 6- 二磷酸果糖和6-磷酸半乳糖，6-磷酸半乳糖在酶催化下，轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖，1，6- 二磷酸果糖，在酶催化下分解為3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮，磷酸二羥丙酮在酶催化下轉(zhuǎn)化為3-磷酸甘油醛，3-磷酸甘油醛在酶催化作用下，和6-磷酸果糖通過(guò)磷酸戊糖途徑產(chǎn)生 5_磷酸核酮糖。
全文摘要
一種胞外酶催化糖合成方法，包括甲醛在酶催化下，與5-磷酸核酮糖反應(yīng)，產(chǎn)生6-磷酸果糖，6-磷酸果糖在酶催化下，轉(zhuǎn)化為糖，或?qū)⑻腔永m(xù)到淀粉或纖維素鏈上。甲醛可以通過(guò)酶催化或化學(xué)催化，使用二氧化碳加氫或電解來(lái)生產(chǎn)。方法還可以包括使用6-磷酸果糖再生5-磷酸核酮糖，連續(xù)生產(chǎn)糖。本方法使用簡(jiǎn)單反應(yīng)器，可以使用能源固定二氧化碳，工業(yè)化生產(chǎn)糖。
文檔編號(hào)C12P19/02GK102382867SQ20101027671
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月6日
發(fā)明者黃衛(wèi)東 申請(qǐng)人:黃衛(wèi)東