克雷伯桿菌甘油脫氫酶和1,3-丙二醇氧化還原酶的動力學機制

陳宏文，聶金峰，陳國，方柏山

華僑大學 工業(yè)生物技術福建省高等學校重點實驗室，廈門 361021

克雷伯桿菌甘油脫氫酶和1,3-丙二醇氧化還原酶的動力學機制

陳宏文，聶金峰，陳國，方柏山

華僑大學 工業(yè)生物技術福建省高等學校重點實驗室，廈門 361021

本研究主要對克雷伯桿菌甘油轉(zhuǎn)化1,3-丙二醇代謝途徑中的2個關鍵酶甘油脫氫酶(GDH)、1,3-丙二醇氧化還原酶(PDOR)反應機制和動力學進行了研究。首先，通過初速度和產(chǎn)物抑制動力學研究確定了GDH、PDOR雙底物酶促反應機制為有序BiBi機制，明確了由反應物消耗到產(chǎn)物生成之間的歷程。其次，建立了GDH、PDOR雙底物酶促反應動力學模型，由動力學模型可知，在偶合反應中，如果GDH和PDOR酶量相同，GDH氧化反應成為限速反應，而輔酶I將主要以氧化型NAD+形式存在。動力學信息為酶法合成1,3-丙二醇和代謝工程研究提供理論指導。

甘油脫氫酶，1,3-丙二醇氧化還原酶，有序BiBi機制，動力學模型

Abstract:The kinetic mechanisms of two key enzymes in the biotransformation of glycerol to 1,3-propanediol(1,3-PD)by Klebsiella pneumoniae, glycerol dehydrogenase(GDH)and 1,3-propanediol oxidoreductase(PDOR), was characterized.Kinetics on initial velocity and product inhibition revealed that GDH and PDOR follow an ordered Bi-Bi sequential mechanism.Kinetic models for GDH and PDOR showed that the oxidation reaction catalyzed by GDH was the rate-limiting step in coupled enzymatic reaction when the GDH/PDOR was 1:1, and the NAD+was the main form of coenzyme in the reaction.Knowledge about the kinetic mechanisms will be helpful to understand how these enzymes is regulated, which will be useful for further enzyme catalysis and metabolic engineering studies.

Keywords:glycerol dehydrogenase, 1,3-propanediol oxidoreductase, ordered Bi-Bi mechanism, kinetic model

1,3-丙二醇(1,3-PD)是一種重要的化工原料，它可作為抗凍劑、多種增塑劑、洗滌劑、防腐劑和乳化劑的合成原料，也可用于食品、化妝品和制藥等行業(yè)。它最主要的用途是作為新型聚酯(如PTT)、聚醚和聚亞氨酯的單體[1]。1,3-PD的生產(chǎn)方法有化學法和生物轉(zhuǎn)化法。近年來，生物轉(zhuǎn)化法以其利用可再生資源、對環(huán)境友好等特點日益受到人們的重視。能將甘油轉(zhuǎn)化為1,3-PD的微生物主要包括克雷伯桿菌屬、檸檬菌屬及梭狀芽孢桿菌屬等。

甘油脫氫酶(GDH，EC 1.1.1.6)和1,3-丙二醇氧化還原酶(PDOR，EC 1.1.1.202)是甘油(Gly)轉(zhuǎn)化 1,3-PD過程中的兩個關鍵酶，它們的活力與1,3-PD的產(chǎn)率密切相關[2]?！?br>