“我国科研人员首次实现乙酰丙酮的生物合成”

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科技日报记者王健高通讯员冯新军刘佳

5月20日，中科院青岛生物能源与工艺研究所生物基材料组的研究人员首次实现了乙酰丙酮的生物合成。 相关业务近日发表在biotechnogy for biofuels期刊上，申请了许多发明专利。 本研究成果是目前公开的乙酰丙酮生物合成的首次报告。

乙酰丙酮是重要的有机合成中间体，广泛应用于贵金属提取、树脂改性等方面，也可作为燃料添加剂、染料中间体等。 以前以化石丙酮和乙烯酮为原料，需要利用贵金属催化剂在强酸高温条件下制得乙酰丙酮，存在条件苛刻、收率低、容易产生污染等问题，这些问题严重阻碍了乙酰丙酮的进一步应用。

为了解决以上问题，青岛能源所生物基材组的研究人员通过生物合成实现了乙酰丙酮的获取。

约翰逊不动杆菌体内存在乙酰丙酮分解酶( dke1)，该菌利用dke1可将乙酰丙酮分解为醋酸和甲醛。 据此，该研究者设计了以葡萄糖为原料的乙酰丙酮的生物合成路线(图1 )。 通过向大肠杆菌内导入重要酶、改变外部环境等措施，扭转分解过程，实现乙酰丙酮从头生物合成，24h诱导后产量为32mg/l。 为了进一步提高产量，通过将具有乙酰丙酮裂解酶功能的蛋白质与已知或推测的蛋白质进行比较，深入分解dke1的氨基酸序列和三维结构，明确可能影响dke1催化活性的氨基酸部位，定点改变这些潜在部位 在双重变异株的催化下，乙酰丙酮在摇瓶水平的产量达到116mg/l，5l发酵罐水平的产量达到556mg/l。 利用结构模拟和分子对接，明确了双突变酶催化活性中心通道体积明显增加，突变提高酶活性的可能机制。 说明除乙酰丙酮外，dke1还可以用于2，4 -辛烷二酮、2-乙酰环己酮、3，5 -二庚酮等多种β-二羰基化合物，本研究的结果也可以生物合成这类物质