底物缓释反应系统促进糖苷天然产物体外生物合成的研究

In order to develop an efficient and cost-effective method for glycosides biosynthesis in vitro, substrate slow-release reaction system is designed to eliminate the cytotoxicity of substrates. Hydroquinone (Hy), substrate for α-Arbutin (α-Ar) biosynthesis, will be immobilized on slow-release resin microbeads (RMS) which have high mechanical strength, large specific surface area and appropriate pore size. The reaction process for α-arbutin synthesis is to be investigated. Compared with free Hy, immobilization of Hy in slow-release RMS is able to eliminate the cytotoxicity of Hy by controlling release rate of Hy during the reaction. Additionally, it also can promote the reaction equilibrium to products by on-line α-Ar separation. Thus, the slow release substrate reaction system has the potential to reduce the cytotoxicity of Hy and enhance the production of α-Ar which provides new ideas for glycoside natural product biosynthesis in vitro. This new method is expected to provide the theoretical and practical foundation for similar reactions in biochemical engineering and biorefinery.

针对糖苷天然产物体外生物合成过程中因底物细胞毒性而导致合成效率低的难题，拟设计适用于体外生物催化的底物缓释反应系统来消除底物细胞毒性。通过以α-熊果苷（α-Ar）体外生物合成为研究对象，探索机械强度较高、比表面积大、孔径适中的多孔性载体型树脂微球（RMS）作为底物对苯二酚（Hy）缓释载体，采用吸附固定化方法制备负载量高、缓释可控的底物Hy缓释RMS，并以该缓释RMS代替传统游离Hy为底物合成α-Ar。与游离Hy相比，缓释RMS可通过控制反应过程Hy的释放速率来达到消除底物Hy细胞毒性的目的，并通过在线产物分离途径推动反应平衡向产物生成方向移动，以期实现α-Ar的高效合成。因此，该底物缓释反应系统具有改善底物细胞毒性和提高产物产量的潜力，为糖苷天然产物体外生物合成提供新思路和新方法，有望为今后生物化工和生物炼制领域中类似反应提供理论和实践基础。

针对糖苷天然产物体外生物合成过程中因底物细胞毒性而导致合成效率低的难题，拟设计适用于体外生物催化的底物缓释反应系统来消除底物细胞毒性。通过以α-熊果苷（α-Ar）体外生物合成为研究对象，制备适合作为底物缓释载体的多孔性载体型树脂微球（RMS），考察RMS的结构特征与其底物负载及释放的关系，阐明采用底物Hy缓释RMS生物合成α-Ar的作用机理及规律。结果表明，合成树脂BH211微球对底物Hy的负载量可达到94.2 mg/g树脂，是目前市面上现有Hy吸附量最高树脂H107的1.45倍；该树脂内部为不规则的层状堆积无序孔道结构，有利于底物Hy的多层吸附固定化；通过对以固定了Hy的BH211树脂微球为底物合成α-Ar过程研究，确定了底物缓释反应系统是通过树脂缓释维持反应体系底物浓度在细胞耐受度范围内的同时，根据细胞催化速度自动调节控制底物的释放速率，让底物缓释速率与细胞催化速率保持一致，从而最大限度地发挥细胞催化活性的作用机理及规律。因此，该底物缓释反应系统具有改善底物细胞毒性和提高产物产量的潜力，为糖苷天然产物体外生物合成提供新思路和新方法，有望为今后生物化工和生物炼制领域中类似反应提供理论和实践基础。