2024年5月19日发(作者:千富)
现代农业科技2010年第7期 农业基础科学
5一吲哚甲基海因及其工程茵转化产物的高效液相色谱分析
钱凯许琳 严明
(南京工业大学制药与生命科学学院,江苏南京210009)
摘要通过RP—HPLC同时检测酶水解反应前后底物5-吲哚甲基海因及产物D一氨甲酰一N一色氨酸的含量变化,不仅可以检测海因酶
的活性.还能分析酶反应过程的转化效率。采用Merek公司的Purospher sTAR RP—C18e色谱柱(4.6 mmx250.0 mm,5 m),以乙腈-20
mmo叽磷酸二氢钾缓冲液(体积比25:75)为流动相,磷酸调pH值为3.0,流速为1.0mL/arin,柱温为30℃,检测波长为220 nm,于10min
内很好地实现了各组分的分离。采用外标法进行定量分析.D一色氨酸、5一吲哚甲基海因和D一氨甲酰一N一色氨酸的线性范围分别是
O.10 1.00 mg/mL(r=0.999 1)、0.20 2.00 me-/mL(r=0.998 9)、0.20~2.00 mg/mL(r=0.998 9);酶反应体系中5一吲哚甲基海因和D一氨甲酰一N一
色氨酸的加标回收率分别为99.3% 100.2%和98.0%~99.3%.精密度分别为0.51%~0.87%和0.43%一0.94%。试验结果表明该法快速简
便、准确可靠。
关键词 高效液相色谱:5一吲哚甲基海因:D一氨甲酰一N一色氨酸;D一色氨酸
中图分类号0657.7 文献标识码A 文章编号1007—5739(2010)07—0017—03
IIigh Performance Liquid Chromatographic Analysis of 5-(3-Indolylmethy1)hydantoin and Its Products Converted by
Engineered Bacteria
QIANKai XULin‘YANMing
(College ofBiotechnology and Pharmaceutical Engineering,Nanjing University ofTechnology,Nanjing Jiangsu 210009)
Abstract The HPLC method was used to determine the concentrations of substrate 5-(3-Indolylmethy1)hydantoin,intermediate product N—
carbamyl—D—Tryptophan and product D-Tryptophan in the reaction solution.The sample was determined using a Purospher STAR RP—C18e column
(4.6mmx250.0mm,5 mparticle size)atthetemperature of30 oCwiththemobilephase ofacetonitrile-2OmmoL/LSodium acetate(25:75 by volume)
which adjusted to pH 3.0 with phosphoirc acid at a lfow rate of 1.0 mL/min.The detection wavelength Was set at 220 am.Under these conditions,the
components in the reaction system were separated completely within 10 min.A good linear relationship WaS obtained by employing external standard
method for quantitative analysis.The linear calibration ranges for the three traget analytes were O.10-1.O0 mg/mL(r=0.999 1),0.20-2.O0 mg/mL(r=
0.998 9)nad 0.20 ̄2.O0 mg/mL(r=0.998 9),respectively.The recoveries ofthe naalytes from spiking experiments were 99.3%-102.O%and 98.0%-
99-3%,respectively,with the relative standard deviation being 0.51%-0.87%and 0.43%-0.94%,respectively.The results showed that the method was
rapid,convenient and accurate.
Keywords HPLC;5-(3-Indolylmethy1)hydantoin;N-carbamyl-D-Tryptophan;D—Tryptophan
海因酶是能够催化水解海因及其衍生物内酰胺键的一 生成相应的D一氨甲酰一N一色氨酸,然后在D一氨甲酰基氨基
种环酰胺酶(EC 3.5.2)。根据海因酶作用底物的特异性和产
酸水解酶(Dcase)的催化下生成D一色氨酸。为了更好地开展
物的光学活性的不同,可以将海因酶分为L一型、D一型和
海因酶法制备D一色基酸的研究,有必要建立一种可以同时
DL一型。海因酶在工业上的应用价值主要是用来生产L一型 测定酶转化液中海因及其转化产物和中间产物的检测方
和D一型氨基酸,其作用机理是在L一型或D一型海因酶的催
法,以便更好地研究上述2个关键酶的催化机制和催化效
化作用下,使5'-单取代海因开环形成相应的L一型或D一型
果,进而及时掌握并调控整个反应的进程。现有的5一吲哚甲
氨甲酰类氨基酸产物。进而通过化学或酶促降解反应生成
基海因和D一氨甲酰一N一色氨酸的检测方法多为光谱学分析
L一型或D一型氨基酸。
方法或质谱法IS].检测D一色基酸的方法多为比色和层析法
非天然D一氨基酸及其衍生物是合成抗菌和抗病毒药
等。这些方法在海因酶法制备D一色基酸的研究检测过程
物、人工甜味剂、杀虫剂以及拟除虫菊酯的重要中间体 。
中,不能满足监控整个反应进程的需要。随着液相色谱技术
特别是作为半合成抗生素的侧链原料,在医药领域具有十 的发展和研究,采用高效液相色谱(HPLC)对海因和氨甲
分广泛的应用价值。利用海因酶法制备D一色氨酸具有光学 酰类氨基酸进行分析的方法逐渐成熟[9-10】。但关于5一吲哚
纯度高、环境污染少、反应温和、操作简单、成本低廉等优
甲基海因和D一氨甲酰一N一色氨酸的HPLC检测方法还鲜见
点,并能实现一些化学合成难以进行的反应,日益受到国内
报道。
外学术界与产业界的关注f3-7]。随着当代生物技术的发展. 本文建立的高效液相色谱法,不仅能准确测定5一吲哚
基因工程、细胞工程、酶工程等新技术的注入.微生物转
甲基海因和D一氨甲酰一N一色氨酸的含量,且产物D一色氨酸
化的发展已经具有了高度的研究价值以及广阔的实际应用 也能同时得到分离和测定。该方法能够快速完成酶催化反
前景。
应中底物和产物的定量分析,为生产和研究海因及其酶转
在海因酶法催化合成D一色氨酸的过程中。首先以5一吲 化产物提供良好的检测和分析平台。
哚甲基海因为前体,经D一海因酶(DHase)催化其开环水解
1材料与方法
基金项目 新一代生物催化和生物转化的科学基础(2009CB724700)。
1.1试验仪器与试剂
作者简介钱凯(1983一),女,江苏常州人,在读硕士,主要从事生物催
仪器主要有:戴安UltiMate 3000液相色谱仪。配有戴
化方面的研究工作。
¥通讯作者
安LPG一3400溶剂泵;戴安VWD一3400紫外可调波长检测
收稿日期2O1O—O3—31
器;戴安WPS一3000SL自动进样器及Chromeleon数据处理
】7
农业基础科学
软件。
试剂主要有:D一氨甲酰一N一色氨酸、5一吲哚甲基海因、
D一色氨酸均由南京工业大学生化重点实验室提供(纯度大
于99.5%);乙腈,HPLC级,Tedia Company;水均为二次蒸馏
水;磷酸、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾及其他试剂均为分析纯。
工程菌Rosetta pET—HyuH由南京工业大学生化重点实验室
构建保存。
1.2色谱条件
色谱柱:Merck Purospher STAR RP—C18e(4.6 mmx250.0
mm,5 la,m);流动相:乙腈一20 mmoL/L磷酸二氢钾(体积比
25:75),用磷酸调pH值为3.0;流速为1.0 mL/min;检测波长
为220 nm;柱温为3O cI二,进样量为10 L。
1.3标准溶液的配制
准确称取D一色氨酸、D一氨甲酰一N一色氨酸、5一吲哚甲
基海因标准品各0.01 g,分别加入适量的0.05 mmoL/L磷酸
二氢钾一磷酸氢二钾缓冲溶液(pH值8.0),然后与等比例的
乙醇混合溶解,最后用10mL容量瓶定容。
用移液枪分别从上述D一色氨酸、D一氨甲酰一N一色氨
酸、5一吲哚甲基海因的标品溶液中吸取1、2、2 mL到新的容
量瓶,然后用0.05 mmoL/LpH值8.0的磷酸缓冲一乙腈(1:1)
稀释定容至10 mL作为标准溶液,使混合液中D一色氨酸、
D一氨甲酰一N一色氨酸、5一吲哚甲基海因的质量浓度分别为
0.1、0.2、0.2 g/L。
1.4样品的制备
接种工程菌Rosetta pET—HyuH于5 mL含100 I ̄g/mL
氨苄青霉素和34 ̄g/mL氯霉素的LB培养基,37℃、200
r/rain摇床培养12 h,按2%的接种量转接于30 mL发酵培
养基,培养2 h后加入微量诱导剂于16 oC、200 r/min诱导培
养16 h,离心收集菌体。
取适量菌体Rosetta pET—HyuH,加入质量浓度为1 L
的底物——5一吲哚甲基海因(0.50 moUL K2HPO4-KH2PO 缓
冲液,pH值8.0)充分混匀,置于50℃水浴摇床反应,依次取
反应时间为0.5、1.0、2.0h的酶转化液,每次取500 L,再加
入500 L等体积的乙醇稀释,12 000 r/min离心5 arin,取上
清液。经0.22 Ixm的尼龙膜过滤后供HPLC分析。
2结果与分析
2.1检测波长的确定
用移液枪吸取100 L标准溶液稀释至3 mL,用VWD一
3400型紫外可见分光光度计(波长范围190~900 nm)对稀
释后的标准样品进行扫描,发现在210 nm附近有较明显的
吸收峰,用戴安UltiMate 3000在上述有吸收峰的波长下分
别进样2 L检测,发现在220 nIn处的检测峰面积和峰高
表1各组分在不同吸收波长下对应的响应值
18
现代农业科技2010年第7期
最大、最佳,故选用波长220 nm作为检测波长。各物质在不
同检测波长的响应值如表1所示。
2.2流动相的选择
由于乙腈在220 nm的低波长下噪音小,所以背景干扰
小于其他有机溶剂,且洗脱能力强,故选用乙腈,水系统作为
流动相。按照乙腈浓度的不同配比从5%到40%,采用乙
睛磷酸二氢钾流动相,磷酸调pH值为3.0,流速为1.0
mL/min。在检测波长为220 nm、柱温为30 cI=的液相条件下
分别对标准溶液进行检测,发现当乙腈浓度低于15%时,
D一氨甲酰一N一色氨酸和5一吲哚甲基海因的保留时间十分
接近,不能将各个组分很好地分离,且分析时间较长。为了
缩短分析时间,逐步提高乙腈的浓度,结果保留时间明显
缩短,而且分离效果也得到改善,最佳浓度配比为25%
(图1)。但当乙睛浓度超过30%时,由于出峰时间太快,不
利于各组分的分离。
{
0 2 4 6 8 10 12 13
保留时间//min
图1 乙腈浓度为25%时标准品溶液的色谱
2.3 pH值的影响
为了调整各色谱峰的间距和峰形,进一步提高柱效和
测量的精确度,用磷酸分别调节乙腈一20 mmoL/L磷酸二氢
钾缓冲液(体积比25:75)的pH值为5.0…4 5 4.0…3 5 3.0和
2.5。结果显示,pH值越低色谱峰的峰形越好,柱效越高,因
此选择pH值3.0作为最佳色谱条件(表2)。
表2 pI-I值对分离效果的影响
2.4线性关系
将配置的标准溶液分别进样2、4、6、8、10、15、20 至
HPLC在1.2所述条件下进行检测,每个重复测定3次,测
定的峰面积取平均值。以峰面积为横坐标 、质量浓度为纵
坐标y,绘制标准曲线得到线性方程,如表3所示。
钱凯等:5一吲哚甲基海因及其工程菌转化产物的高效液相色谱分析
∞ ∞ 卯 ∞ 0 ∞
因转化为D一氨甲酰一N一色氨酸的工程菌。通过考察不同反
∞
表3方程线性范围
胁
应时间(0、0.5、1.0、2.0 h)酶反应液的色谱图可以发现,随着
反应时间的延长,底物5-吲哚甲基海因(保留时间为8.28
min)不断被消耗,产物D一氨甲酰一N一色氨酸(保留时间为
6.43 min)逐渐积累.且减少量与增加量基本同步(图2)。对
2.5酶转化液中各组成的色谱分析
照为未进行50℃酶解反应就立即收集菌体的上清液。结果
工程菌Rosetta pET—HyuH是南京工业大学生化重点实
验室构建保存的具有D一海因酶活性,能水解5一吲哚甲基海
表明,在2.22 min和2.49 min(出峰时间)处的峰可能是菌体
自身代谢的其他产物,含量甚微。另取1 mL菌液,加入最终
匝
500
40o
{
坦
窜
1奢《
v1u// 婪
3 2 l —
∞ ∞ ∞ O∞
O 1.25 2.5O 3.75 5.00 6.25 7.5O 8.75 l0.00 0 1.25 2.50 3.75 5.00 6.25 7.5O 8.75 10.oo
保留时间//rain
保留时间//min
图2酶转化液中各组成的色谱
注:a反应时间为0.5 h:b反应时间为2.0h。
浓度为1 dE的底物(5一吲哚甲基海因)反应4 h,D一氨甲酰一 酸,D一氨甲酰一N一色氨酸和5一吲哚甲基海因的测量线性范
N~色氨酸的转化率可达98.7%。 围分别是0.10~1.00、0.20~2.00、0.20~2.00 mg/mL;D一氨甲酰一
由于构建含有D一氨甲酰水解酶(DCase)的工程菌的工 N一色氨酸和5一吲哚甲基海因的加标回收率分别为99.3%-
作还在进行中,希望能很快将本方法运用到工程菌DCase 102.0%及98.0%-99.3%;精密度分别为0.51%-0.87%和
活性的测定中。0.43%-0.94%。该方法操作简便,准确度高,为该生产过程中
2.6回收率和精密度 工艺条件的优化和过程监控提供了一种十分有效的方法。
取4份反应时间均为2.0 h的酶促反应液200 L,其中4参考文献
1份作为本底,依次在余下的3份酶反应液中加入低、中、高 【l】 建波,徐 ・牛 酶法制备D-对羟基苯甘氨酸的研究[J]・生物学杂
3种不同浓度的标准溶液各200 L,过膜后按1.2所述检测 [21封
,
袁 .海田酶的催化特性及其反应机理【J】.微生物学通报,
方法和条件进行测定,每个样品连续进样6次,按测定峰面 2003,30(3):95—98.
积的平均值进行计算,测定结果如表4所示。从表4可以看 【。 ; ,欧阳平凯・D一色氨酸研究进展[JJ・化工进展, 0o ,
出,该方法的回收率和精密度良好。 【4]袁静明,封霞,赵莉霞.非天然D一型氨基酸生物转化中酶的纯化及其
基因序列fJI.山西大学学报:自然科学版,2002,25(2):156—162.
表4酶促反应液中5一吲哚甲基海因和D一氨甲
【5】封霞,袁静明.海因酶的催化特性及其反应机理【J】.微生物学报,
酰一N一色氨酸的加标回收率和精密度
2oo3.30(3):95-98.
『61 JOSEF A IENBUCHNER,MARTIN SIEMANN—HERZBERG,CHRI—
STOPH SYLDATK.Hydantoinases and related enzymes as biocatalysts for
the synthesis ofunnatural chiral amino acids[J].Chemical biote—chnalogy,
20o1,12(6):559—563.
【7】马飞,许激扬,何林松,等.双酶法合成D一(一)一对羟基苯甘氨酸[J].中
国药科大学学报.2001,32(2):155—158.
【8】曹飞,范伟平,韦萍,等.吲哚甲基海因的制备Ⅱ.低碱体系加氢过程
fJ】.化学反应工程与工艺,2004,20(4):605—610.
3结论与讨论
【9】宋慧敏,屠春燕,欧阳平凯.高效液相色谱法测定D一对羟基苯甘氨酸
【JJ.南京工业大学学报,2002,24(4):97—99.
采用Merck Purospher STAR RP—C18e(4.6 mmx250.0
『10]ANA ISABEL MARTINEZ—GOMEZ。SERG10 MARTINEZ—RODR—
mm,5 trm),以乙睛一20mmoL/L磷酸二氢钾(体积比25:75,
IGUEZ,JOSEFA MARIA CLEMENTE—JIMENEZ.et a1.Recombinant
pH值3.0)为流动相,有效地解决了海因酶法生产D一色氨
polycistronie structure of hydantoinase process genes in Escherichia coli
for the production of optically pure D-amino acids【J】.Applied and
酸的生产体系中底物、中间产物和产物含量的测定,D一色氨
Environmentlamicrobiology,2007,73(5):1525—1531.
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2024年5月19日发(作者:千富)
现代农业科技2010年第7期 农业基础科学
5一吲哚甲基海因及其工程茵转化产物的高效液相色谱分析
钱凯许琳 严明
(南京工业大学制药与生命科学学院,江苏南京210009)
摘要通过RP—HPLC同时检测酶水解反应前后底物5-吲哚甲基海因及产物D一氨甲酰一N一色氨酸的含量变化,不仅可以检测海因酶
的活性.还能分析酶反应过程的转化效率。采用Merek公司的Purospher sTAR RP—C18e色谱柱(4.6 mmx250.0 mm,5 m),以乙腈-20
mmo叽磷酸二氢钾缓冲液(体积比25:75)为流动相,磷酸调pH值为3.0,流速为1.0mL/arin,柱温为30℃,检测波长为220 nm,于10min
内很好地实现了各组分的分离。采用外标法进行定量分析.D一色氨酸、5一吲哚甲基海因和D一氨甲酰一N一色氨酸的线性范围分别是
O.10 1.00 mg/mL(r=0.999 1)、0.20 2.00 me-/mL(r=0.998 9)、0.20~2.00 mg/mL(r=0.998 9);酶反应体系中5一吲哚甲基海因和D一氨甲酰一N一
色氨酸的加标回收率分别为99.3% 100.2%和98.0%~99.3%.精密度分别为0.51%~0.87%和0.43%一0.94%。试验结果表明该法快速简
便、准确可靠。
关键词 高效液相色谱:5一吲哚甲基海因:D一氨甲酰一N一色氨酸;D一色氨酸
中图分类号0657.7 文献标识码A 文章编号1007—5739(2010)07—0017—03
IIigh Performance Liquid Chromatographic Analysis of 5-(3-Indolylmethy1)hydantoin and Its Products Converted by
Engineered Bacteria
QIANKai XULin‘YANMing
(College ofBiotechnology and Pharmaceutical Engineering,Nanjing University ofTechnology,Nanjing Jiangsu 210009)
Abstract The HPLC method was used to determine the concentrations of substrate 5-(3-Indolylmethy1)hydantoin,intermediate product N—
carbamyl—D—Tryptophan and product D-Tryptophan in the reaction solution.The sample was determined using a Purospher STAR RP—C18e column
(4.6mmx250.0mm,5 mparticle size)atthetemperature of30 oCwiththemobilephase ofacetonitrile-2OmmoL/LSodium acetate(25:75 by volume)
which adjusted to pH 3.0 with phosphoirc acid at a lfow rate of 1.0 mL/min.The detection wavelength Was set at 220 am.Under these conditions,the
components in the reaction system were separated completely within 10 min.A good linear relationship WaS obtained by employing external standard
method for quantitative analysis.The linear calibration ranges for the three traget analytes were O.10-1.O0 mg/mL(r=0.999 1),0.20-2.O0 mg/mL(r=
0.998 9)nad 0.20 ̄2.O0 mg/mL(r=0.998 9),respectively.The recoveries ofthe naalytes from spiking experiments were 99.3%-102.O%and 98.0%-
99-3%,respectively,with the relative standard deviation being 0.51%-0.87%and 0.43%-0.94%,respectively.The results showed that the method was
rapid,convenient and accurate.
Keywords HPLC;5-(3-Indolylmethy1)hydantoin;N-carbamyl-D-Tryptophan;D—Tryptophan
海因酶是能够催化水解海因及其衍生物内酰胺键的一 生成相应的D一氨甲酰一N一色氨酸,然后在D一氨甲酰基氨基
种环酰胺酶(EC 3.5.2)。根据海因酶作用底物的特异性和产
酸水解酶(Dcase)的催化下生成D一色氨酸。为了更好地开展
物的光学活性的不同,可以将海因酶分为L一型、D一型和
海因酶法制备D一色基酸的研究,有必要建立一种可以同时
DL一型。海因酶在工业上的应用价值主要是用来生产L一型 测定酶转化液中海因及其转化产物和中间产物的检测方
和D一型氨基酸,其作用机理是在L一型或D一型海因酶的催
法,以便更好地研究上述2个关键酶的催化机制和催化效
化作用下,使5'-单取代海因开环形成相应的L一型或D一型
果,进而及时掌握并调控整个反应的进程。现有的5一吲哚甲
氨甲酰类氨基酸产物。进而通过化学或酶促降解反应生成
基海因和D一氨甲酰一N一色氨酸的检测方法多为光谱学分析
L一型或D一型氨基酸。
方法或质谱法IS].检测D一色基酸的方法多为比色和层析法
非天然D一氨基酸及其衍生物是合成抗菌和抗病毒药
等。这些方法在海因酶法制备D一色基酸的研究检测过程
物、人工甜味剂、杀虫剂以及拟除虫菊酯的重要中间体 。
中,不能满足监控整个反应进程的需要。随着液相色谱技术
特别是作为半合成抗生素的侧链原料,在医药领域具有十 的发展和研究,采用高效液相色谱(HPLC)对海因和氨甲
分广泛的应用价值。利用海因酶法制备D一色氨酸具有光学 酰类氨基酸进行分析的方法逐渐成熟[9-10】。但关于5一吲哚
纯度高、环境污染少、反应温和、操作简单、成本低廉等优
甲基海因和D一氨甲酰一N一色氨酸的HPLC检测方法还鲜见
点,并能实现一些化学合成难以进行的反应,日益受到国内
报道。
外学术界与产业界的关注f3-7]。随着当代生物技术的发展. 本文建立的高效液相色谱法,不仅能准确测定5一吲哚
基因工程、细胞工程、酶工程等新技术的注入.微生物转
甲基海因和D一氨甲酰一N一色氨酸的含量,且产物D一色氨酸
化的发展已经具有了高度的研究价值以及广阔的实际应用 也能同时得到分离和测定。该方法能够快速完成酶催化反
前景。
应中底物和产物的定量分析,为生产和研究海因及其酶转
在海因酶法催化合成D一色氨酸的过程中。首先以5一吲 化产物提供良好的检测和分析平台。
哚甲基海因为前体,经D一海因酶(DHase)催化其开环水解
1材料与方法
基金项目 新一代生物催化和生物转化的科学基础(2009CB724700)。
1.1试验仪器与试剂
作者简介钱凯(1983一),女,江苏常州人,在读硕士,主要从事生物催
仪器主要有:戴安UltiMate 3000液相色谱仪。配有戴
化方面的研究工作。
¥通讯作者
安LPG一3400溶剂泵;戴安VWD一3400紫外可调波长检测
收稿日期2O1O—O3—31
器;戴安WPS一3000SL自动进样器及Chromeleon数据处理
】7
农业基础科学
软件。
试剂主要有:D一氨甲酰一N一色氨酸、5一吲哚甲基海因、
D一色氨酸均由南京工业大学生化重点实验室提供(纯度大
于99.5%);乙腈,HPLC级,Tedia Company;水均为二次蒸馏
水;磷酸、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾及其他试剂均为分析纯。
工程菌Rosetta pET—HyuH由南京工业大学生化重点实验室
构建保存。
1.2色谱条件
色谱柱:Merck Purospher STAR RP—C18e(4.6 mmx250.0
mm,5 la,m);流动相:乙腈一20 mmoL/L磷酸二氢钾(体积比
25:75),用磷酸调pH值为3.0;流速为1.0 mL/min;检测波长
为220 nm;柱温为3O cI二,进样量为10 L。
1.3标准溶液的配制
准确称取D一色氨酸、D一氨甲酰一N一色氨酸、5一吲哚甲
基海因标准品各0.01 g,分别加入适量的0.05 mmoL/L磷酸
二氢钾一磷酸氢二钾缓冲溶液(pH值8.0),然后与等比例的
乙醇混合溶解,最后用10mL容量瓶定容。
用移液枪分别从上述D一色氨酸、D一氨甲酰一N一色氨
酸、5一吲哚甲基海因的标品溶液中吸取1、2、2 mL到新的容
量瓶,然后用0.05 mmoL/LpH值8.0的磷酸缓冲一乙腈(1:1)
稀释定容至10 mL作为标准溶液,使混合液中D一色氨酸、
D一氨甲酰一N一色氨酸、5一吲哚甲基海因的质量浓度分别为
0.1、0.2、0.2 g/L。
1.4样品的制备
接种工程菌Rosetta pET—HyuH于5 mL含100 I ̄g/mL
氨苄青霉素和34 ̄g/mL氯霉素的LB培养基,37℃、200
r/rain摇床培养12 h,按2%的接种量转接于30 mL发酵培
养基,培养2 h后加入微量诱导剂于16 oC、200 r/min诱导培
养16 h,离心收集菌体。
取适量菌体Rosetta pET—HyuH,加入质量浓度为1 L
的底物——5一吲哚甲基海因(0.50 moUL K2HPO4-KH2PO 缓
冲液,pH值8.0)充分混匀,置于50℃水浴摇床反应,依次取
反应时间为0.5、1.0、2.0h的酶转化液,每次取500 L,再加
入500 L等体积的乙醇稀释,12 000 r/min离心5 arin,取上
清液。经0.22 Ixm的尼龙膜过滤后供HPLC分析。
2结果与分析
2.1检测波长的确定
用移液枪吸取100 L标准溶液稀释至3 mL,用VWD一
3400型紫外可见分光光度计(波长范围190~900 nm)对稀
释后的标准样品进行扫描,发现在210 nm附近有较明显的
吸收峰,用戴安UltiMate 3000在上述有吸收峰的波长下分
别进样2 L检测,发现在220 nIn处的检测峰面积和峰高
表1各组分在不同吸收波长下对应的响应值
18
现代农业科技2010年第7期
最大、最佳,故选用波长220 nm作为检测波长。各物质在不
同检测波长的响应值如表1所示。
2.2流动相的选择
由于乙腈在220 nm的低波长下噪音小,所以背景干扰
小于其他有机溶剂,且洗脱能力强,故选用乙腈,水系统作为
流动相。按照乙腈浓度的不同配比从5%到40%,采用乙
睛磷酸二氢钾流动相,磷酸调pH值为3.0,流速为1.0
mL/min。在检测波长为220 nm、柱温为30 cI=的液相条件下
分别对标准溶液进行检测,发现当乙腈浓度低于15%时,
D一氨甲酰一N一色氨酸和5一吲哚甲基海因的保留时间十分
接近,不能将各个组分很好地分离,且分析时间较长。为了
缩短分析时间,逐步提高乙腈的浓度,结果保留时间明显
缩短,而且分离效果也得到改善,最佳浓度配比为25%
(图1)。但当乙睛浓度超过30%时,由于出峰时间太快,不
利于各组分的分离。
{
0 2 4 6 8 10 12 13
保留时间//min
图1 乙腈浓度为25%时标准品溶液的色谱
2.3 pH值的影响
为了调整各色谱峰的间距和峰形,进一步提高柱效和
测量的精确度,用磷酸分别调节乙腈一20 mmoL/L磷酸二氢
钾缓冲液(体积比25:75)的pH值为5.0…4 5 4.0…3 5 3.0和
2.5。结果显示,pH值越低色谱峰的峰形越好,柱效越高,因
此选择pH值3.0作为最佳色谱条件(表2)。
表2 pI-I值对分离效果的影响
2.4线性关系
将配置的标准溶液分别进样2、4、6、8、10、15、20 至
HPLC在1.2所述条件下进行检测,每个重复测定3次,测
定的峰面积取平均值。以峰面积为横坐标 、质量浓度为纵
坐标y,绘制标准曲线得到线性方程,如表3所示。
钱凯等:5一吲哚甲基海因及其工程菌转化产物的高效液相色谱分析
∞ ∞ 卯 ∞ 0 ∞
因转化为D一氨甲酰一N一色氨酸的工程菌。通过考察不同反
∞
表3方程线性范围
胁
应时间(0、0.5、1.0、2.0 h)酶反应液的色谱图可以发现,随着
反应时间的延长,底物5-吲哚甲基海因(保留时间为8.28
min)不断被消耗,产物D一氨甲酰一N一色氨酸(保留时间为
6.43 min)逐渐积累.且减少量与增加量基本同步(图2)。对
2.5酶转化液中各组成的色谱分析
照为未进行50℃酶解反应就立即收集菌体的上清液。结果
工程菌Rosetta pET—HyuH是南京工业大学生化重点实
验室构建保存的具有D一海因酶活性,能水解5一吲哚甲基海
表明,在2.22 min和2.49 min(出峰时间)处的峰可能是菌体
自身代谢的其他产物,含量甚微。另取1 mL菌液,加入最终
匝
500
40o
{
坦
窜
1奢《
v1u// 婪
3 2 l —
∞ ∞ ∞ O∞
O 1.25 2.5O 3.75 5.00 6.25 7.5O 8.75 l0.00 0 1.25 2.50 3.75 5.00 6.25 7.5O 8.75 10.oo
保留时间//rain
保留时间//min
图2酶转化液中各组成的色谱
注:a反应时间为0.5 h:b反应时间为2.0h。
浓度为1 dE的底物(5一吲哚甲基海因)反应4 h,D一氨甲酰一 酸,D一氨甲酰一N一色氨酸和5一吲哚甲基海因的测量线性范
N~色氨酸的转化率可达98.7%。 围分别是0.10~1.00、0.20~2.00、0.20~2.00 mg/mL;D一氨甲酰一
由于构建含有D一氨甲酰水解酶(DCase)的工程菌的工 N一色氨酸和5一吲哚甲基海因的加标回收率分别为99.3%-
作还在进行中,希望能很快将本方法运用到工程菌DCase 102.0%及98.0%-99.3%;精密度分别为0.51%-0.87%和
活性的测定中。0.43%-0.94%。该方法操作简便,准确度高,为该生产过程中
2.6回收率和精密度 工艺条件的优化和过程监控提供了一种十分有效的方法。
取4份反应时间均为2.0 h的酶促反应液200 L,其中4参考文献
1份作为本底,依次在余下的3份酶反应液中加入低、中、高 【l】 建波,徐 ・牛 酶法制备D-对羟基苯甘氨酸的研究[J]・生物学杂
3种不同浓度的标准溶液各200 L,过膜后按1.2所述检测 [21封
,
袁 .海田酶的催化特性及其反应机理【J】.微生物学通报,
方法和条件进行测定,每个样品连续进样6次,按测定峰面 2003,30(3):95—98.
积的平均值进行计算,测定结果如表4所示。从表4可以看 【。 ; ,欧阳平凯・D一色氨酸研究进展[JJ・化工进展, 0o ,
出,该方法的回收率和精密度良好。 【4]袁静明,封霞,赵莉霞.非天然D一型氨基酸生物转化中酶的纯化及其
基因序列fJI.山西大学学报:自然科学版,2002,25(2):156—162.
表4酶促反应液中5一吲哚甲基海因和D一氨甲
【5】封霞,袁静明.海因酶的催化特性及其反应机理【J】.微生物学报,
酰一N一色氨酸的加标回收率和精密度
2oo3.30(3):95-98.
『61 JOSEF A IENBUCHNER,MARTIN SIEMANN—HERZBERG,CHRI—
STOPH SYLDATK.Hydantoinases and related enzymes as biocatalysts for
the synthesis ofunnatural chiral amino acids[J].Chemical biote—chnalogy,
20o1,12(6):559—563.
【7】马飞,许激扬,何林松,等.双酶法合成D一(一)一对羟基苯甘氨酸[J].中
国药科大学学报.2001,32(2):155—158.
【8】曹飞,范伟平,韦萍,等.吲哚甲基海因的制备Ⅱ.低碱体系加氢过程
fJ】.化学反应工程与工艺,2004,20(4):605—610.
3结论与讨论
【9】宋慧敏,屠春燕,欧阳平凯.高效液相色谱法测定D一对羟基苯甘氨酸
【JJ.南京工业大学学报,2002,24(4):97—99.
采用Merck Purospher STAR RP—C18e(4.6 mmx250.0
『10]ANA ISABEL MARTINEZ—GOMEZ。SERG10 MARTINEZ—RODR—
mm,5 trm),以乙睛一20mmoL/L磷酸二氢钾(体积比25:75,
IGUEZ,JOSEFA MARIA CLEMENTE—JIMENEZ.et a1.Recombinant
pH值3.0)为流动相,有效地解决了海因酶法生产D一色氨
polycistronie structure of hydantoinase process genes in Escherichia coli
for the production of optically pure D-amino acids【J】.Applied and
酸的生产体系中底物、中间产物和产物含量的测定,D一色氨
Environmentlamicrobiology,2007,73(5):1525—1531.
19