胺基酸干預下脂肪酸酯生物合成脂肽的構效回響機制

《胺基酸干預下脂肪酸酯生物合成脂肽的構效回響機制》是依託同濟大學，由黃翔峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：胺基酸干預下脂肪酸酯生物合成脂肽的構效回響機制
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：黃翔峰
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

以脂肽為代表的生物表面活性劑具有低毒、高效、易降解等優勢，利用廢棄食用油脂生物合成脂肽可以解決碳源成本過高的問題，但廢棄油脂中主要成分脂肪酸酯結構的多樣性會導致脂肽產物結構多元化，並影響產物的表面活性。前期研究表明胺基酸的投加能促進脂肽產量和活性的提高。本課題基於色譜、質譜、二維核磁共振技術和穩定同位素示蹤技術，研究微生物合成脂肽過程中的脂肪酸酯利用途徑和胺基酸作用機制，揭示廢棄食用油脂中典型成分脂肪酸酯的不同碳鏈長短、飽和度以及不同胺基酸種類對脂肽結構和產量的影響；研究脂肽的結構特徵與其表面活性的關係，剖析脂肪酸酯與胺基酸合成脂肽的結構影響關鍵因素，建立胺基酸干預下脂肪酸酯生物合成脂肽的構效回響機制。課題的研究成果為利用廢棄食用油脂定向生物合成特定結構與性能的脂肽的技術方法提供理論依據，有利於解決脂肽生產中碳源成本高的問題，對實現廢棄食用油脂資源化新途徑具有重要的理論意義和現實意義。

結題摘要

微生物合成的脂肽類生物表面活性劑具有低毒、高效、易降解等優勢，但其培養基中的碳源成本過高限制了脂肽工業化的生產和套用，利用廢棄食用油脂生物合成脂肽可以解決這一問題。本研究以9種食用油脂為碳源生物合成脂肽，採用色譜、質譜和二維核磁技術鑑定產物為Surfactin，採用疏水性的食用油脂為碳源時合成的Surfactin產量普遍高於葡萄糖。大豆油合成的Surfactin的產量達到495 mg/L，較葡萄糖培養提高了約20倍。以食用油脂的主要成分三油酸甘油酯為碳源合成的Surfactin的產量達到257 mg/L，遠高於葡萄糖。酸析凍乾後得到的粗產物其CMC為0.28 g/L，可使培養液的表面張力降至33.0 mN/m。在此基礎上研究胺基酸對B.subtilis ATCC 6633合成脂肽的影響，結果發現在亮氨酸(0.1 g/L)、谷氨醯胺(1 g/L)、精氨酸(1 g/L)和谷氨酸(1 g/L)的干預下，Surfactin產量均有所提高，產物的表面活性發生改變。採用液質聯用技術分析胺基酸干預前後Surfactin同系物組成的變化，結果表明0.1 g/L 亮氨酸干預下，Surfactin的C14同系物的含量略有降低；1 g/L 精氨酸干預下，C13同系物的含量有所增加，C15同系物的含量相應減少。採用穩定同位素技術研究微生物對脂肪酸酯和胺基酸的利用途徑，結果表明微生物優先利用三油酸甘油酯水解後生成的甘油，使其對油酸的代謝能力明顯提高，菌體內約30%的氮素來源於胺基酸，表明谷氨酸干預下對微生物碳、氮源利用途徑產生顯著影響。異檸檬酸脫氫酶作為TCA循環的限速酶，是微生物合成脂肽過程中的關鍵酶，研究發現其酶活與Surfactin產量呈負相關。通過多因素偏最小二乘法模型來表征脂肽結構差異與其效能的關係，結果表明脂肽同系物中C13和C15的百分含量與CMC、排油圈具有明顯的相關性。以上研究結果表明，採用胺基酸干預脂肪酸酯生物合成特定性能的脂肽是可行的，對廢棄食用油脂資源化合成高性能脂肽提供了理論支持。