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| 編輯推薦： |
1.详细介绍了β-氨基醇及其生物催化合成方法
2.主要介绍了手性β-氨基醇生物合成方面取得的重要成果
3.内容紧跟前沿，知识面广，且有一定的理论深度
4.内容反映了新兴生物催化领域的新发展趋势
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| 內容簡介： |
本书主要介绍手性β-氨基醇及其生物催化合成方法，对手性β-氨基醇的应用及其合成方法进行了概述，全面系统地介绍了在手性β-氨基醇生物合成方面取得的重要成果，让读者充分了解手性β-氨基醇的生物催化合成方法。本书从原理到应用，结构严谨，内容紧跟前沿，知识面广，且有一定的理论深度，充分反应了手性β-氨基醇的发展动态，体现了新兴生物催化领域的新发展趋势。
本书可供从事化学化工﹑生物工程﹑制药工程等专业的高等院校﹑科研机构﹑企业的师生﹑研究人员和工程技术人员参考使用。
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| 關於作者： |
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张建栋，太原理工大学，副教授，博士毕业于华东理工大学生物化工专业，在新加坡国立大学从事博士后工作2年。主要研究方向为：生物催化与转化、合成生物学。目前在太原理工大学生物医学工程学院从事教学科研工作。作为项目负责人主持自然科学基金面上项目、山西省自然科学青年科技研究基金、生物反应器工程国家重点实验室开放项目、山西省高等学校科技创新项目、校青年基金项目、太原理工大学人才引进科研启动项目各一项。在研期间一直从事生物催化方面的研究，在微生物的筛选、基因克隆表达、酶催化性能、蛋白质工程、多酶级联催化、产物分离纯化等方面都具有良好的工作基础和丰富的工作经验，并已在相关国内外期刊上发表学术论文30余篇，平均影响因子大于3.3，授权专利3项。
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| 目錄：
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章 手性β-氨基醇概述 1
1.1 手性β-氨基醇简介 2
1.2 手性β-氨基醇的应用 2
1.3 手性β-氨基醇的合成 3
1.3.1 化学法合成手性β-氨基醇 3
1.3.2 生物法合成手性β-氨基醇 9
参考文献 19
第二章 β-氨基醇特异性转氨酶高通量筛选方法的建立 26
2.1 引言 27
2.2 实验材料与仪器 27
2.2.1 菌株来源 27
2.2.2 实验试剂 28
2.2.3 实验仪器 28
2.3 实验方法 28
2.3.1 显色反应条件探究 28
2.3.2 筛选方法灵敏度探究 29
2.3.3 转氨酶的筛选 30
2.3.4 分析方法 30
2.4 结果与分析 30
2.4.1 显色条件 30
2.4.2 筛选方法的灵敏度 33
2.4.3 全细胞空白对照 34
2.4.4 转氨酶的筛选 34
2.5 小结 35
参考文献 35
第三章 恶臭假单胞菌ω-转氨酶基因的克隆及其在手性β-氨基醇合成中的应用 36
3.1 恶臭假单胞菌中ω-转氨酶基因的克隆与重组表达 37
3.1.1 引言 37
3.1.2 实验材料与仪器 37
3.1.3 实验方法 39
3.1.4 结果与分析 42
3.1.5 小结 47
3.2 恶臭假单胞菌ω-转氨酶酶学性质表征及其底物特异性研究 48
3.2.1 引言 48
3.2.2 实验材料 48
3.2.3 实验方法 49
3.2.4 结果与分析 52
3.2.5 小结 58
参考文献 59
第四章 结核分枝杆菌转氨酶(MVTA)的克隆及其在手性β-氨基醇合成中的应用 60
4.1 引言 61
4.2 实验材料与仪器 61
4.2.1 菌株与质粒 61
4.2.2 试剂盒 61
4.2.3 实验试剂 61
4.2.4 实验仪器 62
4.2.5 培养基及其他试剂配制 63
4.3 实验方法 64
4.3.1 引物设计及目的基因的PCR扩增 64
4.3.2 转氨酶MVTA表达载体的构建及目的蛋白质的表达与纯化 65
4.3.3 酶活力测定方法 67
4.3.4 转氨酶MVTA酶活力的适反应pH及pH稳定性 68
4.3.5 转氨酶MVTA酶活力的适反应温度及温度稳定性 68
4.3.6 转氨酶MVTA动力学参数和对映选择性测定 68
4.3.7 转氨酶MVTA不对称胺化α-羟基酮氨基供体的筛选 69
4.3.8 转氨酶MVTA不对称胺化α-羟基酮 70
4.3.9 不同浓度二甲基亚砜对反应的影响 70
4.3.10 不同浓度R-苯乙胺对反应的影响 70
4.3.11 产物L-苯甘氨醇对反应的影响 71
4.3.12 产物苯乙酮对反应的影响 71
4.3.13 反应过程中底物浓度、反应时间和细胞用量对反应的影响 71
4.3.14 制备S构型苯甘氨醇 71
4.3.15 分析方法 71
4.4 结果与分析 72
4.4.1 重组载体的构建 72
4.4.2 MVTA目的蛋白质的表达及纯化 73
4.4.3 转氨酶的适pH 73
4.4.4 转氨酶pH稳定性 74
4.4.5 转氨酶的适温度 74
4.4.6 转氨酶温度稳定性 75
4.4.7 MVTA动力学参数和对映选择性测定 76
4.4.8 MVTA动力学拆分外消旋β-氨基醇 77
4.4.9 不对称胺化α-羟基酮氨基供体的选择 78
4.4.10 pH对不对称还原胺化反应的影响 78
4.4.11 温度对不对称还原胺化反应的影响 78
4.4.12 助溶剂二甲基亚砜（DMSO）浓度对不对称还原胺化反应的影响 79
4.4.13 底物浓度和产物浓度对不对称还原胺化反应的影响 80
4.4.14 细胞用量对不对称还原胺化反应的影响 80
4.4.15 MVTA不对称胺化α-羟基酮 81
4.4.16 制备S-苯甘氨醇 82
4.5 小结 83
参考文献 84
第五章 巨大芽孢杆菌转氨酶BMTA的克隆及其在手性邻氨基醇合成中的应用 85
5.1 引言 86
5.2 实验部分 87
5.2.1 材料与试剂 87
5.2.2 实验方法 87
5.2.3 分析方法 90
5.3 结果与讨论 90
5.3.1 ω-转氨酶BMTA的表达、纯化和酶活检测 90
5.3.2 pH对ω-转氨酶BMTA活性及稳定性的影响 91
5.3.3 温度对ω-转氨酶BMTA活性及稳定性的影响 91
5.3.4 ω-转氨酶BMTA的底物特异性 92
5.3.5 ω-转氨酶BMTA动力学拆分外消旋?-氨基醇 93
5.3.6 ω-转氨酶BMTA不对称还原胺化羟酮 93
5.3.7 ω-转氨酶BMTA动力学拆分外消旋苯甘氨醇制备（S）-苯甘氨醇 94
5.4 小结 94
参考文献 94
第六章 羰基还原酶组合转氨酶级联催化外消旋β-氨基醇同时制备手性β-氨基醇和手性邻二醇 95
6.1 羰基还原酶的克隆与表达 96
6.1.1 引言 96
6.1.2 实验材料与仪器 96
6.1.3 分析方法 98
6.1.4 实验方法 99
6.1.5 实验结果 103
6.1.6 小结 107
6.2 羰基还原酶酶学性质表征 107
6.2.1 引言 107
6.2.2 实验材料与仪器 108
6.2.3 分析方法 108
6.2.4 实验方法 109
6.2.5 实验结果 110
6.2.6 小结 115
6.3 羰基还原酶与葡萄糖脱氢酶在E.coli中共表达及不对称还原?-羟酮 116
6.3.1 引言 116
6.3.2 实验材料与仪器 117
6.3.3 分析方法 117
6.3.4 实验方法 118
6.3.5 实验结果与分析 121
6.3.6 小结 128
6.4 级联生物催化外消旋β-氨基醇同时制备手性β-氨基醇和邻二醇 129
6.4.1 引言 129
6.4.2 实验材料与仪器 129
6.4.3 实验方法 130
6.4.4 分析方法 132
6.4.5 结果与分析 132
6.4.6 小结 139
参考文献 140
第七章 环氨基醇特异性脱氨酶产生菌的筛选及其应用于手性环氨基醇的合成 141
7.1 高活力高选择性环氨基醇脱氨酶产生菌的筛选 142
7.1.1 引言 142
7.1.2 实验材料与仪器 142
7.1.3 实验方法 144
7.1.4 结果与分析 148
7.1.5 小结 154
7.2 节杆菌环己胺氧化酶的克隆及其酶学性质表征 155
7.2.1 引言 155
7.2.2 实验材料与仪器 155
7.2.3 实验方法 157
7.2.4 结果与分析 162
7.2.5 小结 170
参考文献 171
第八章 生物催化环氧化物不对称开环制备手性β-氨基醇 172
8.1 醇脱氢酶的筛选 173
8.1.1 引言 173
8.1.2 实验材料 174
8.1.3 实验方法 177
8.1.4 实验结果分析 180
8.1.5 小结 182
8.2 立体选择性级联生物催化外消旋二醇合成手性β-氨基醇 183
8.2.1 引言 183
8.2.2 实验材料 183
8.2.3 实验方法 185
8.2.4 实验结果 187
8.2.5 小结 191
8.3 三酶共表达重组菌的构建及催化苯乙二醇合成手性β-氨基醇 191
8.3.1 引言 191
8.3.2 实验材料 191
8.3.3 实验方法 192
8.3.4 实验结果 195
8.3.5 小结 198
8.4 多酶级联催化环氧化物不对称开环合成手性β-氨基醇 198
8.4.1 引言 198
8.4.2 实验材料 199
8.4.3 实验方法 200
8.4.4 实验结果 212
8.4.5 小结 222
参考文献 223
第九章 级联生物催化烯烃不对称胺羟化合成手性β-氨基醇的研究 224
9.1 引言 225
9.2 实验材料 225
9.2.1 实验药品 225
9.2.2 培养基 226
9.2.3 实验仪器 226
9.3 实验方法 227
9.3.1 重组大肠杆菌的构建 227
9.3.2 重组大肠杆菌的诱导表达 228
9.3.3 目的蛋白质的酶活力检测 228
9.3.4 冻干酶粉的制备 229
9.3.5 多酶级联体系催化烯烃1a不对称胺羟化合成手性β-氨基醇5a的条件优化 229
9.3.6 多酶级联体系催化烯烃1a～j不对称胺羟化合成手性β-氨基醇5a～j 230
9.3.7 共表达体系的构建 231
9.3.8 两种重组大肠杆菌细胞催化烯烃不对称胺羟化合成手性β-氨基醇 235
9.3.9 共表达细胞催化烯烃不对称胺羟化合成手性β-氨基醇 236
9.3.10 E.coli（CGS-DEM）和E.coli（CGS-DEB）制备手性β-氨基醇 237
9.3.11 气相色谱分析法 237
9.4 结果与讨论 239
9.4.1 重组大肠杆菌的构建 239
9.4.2 多酶级联催化烯烃1a不对称胺羟化合成手性β-氨基醇5a的条件优化 240
9.4.3 多酶级联催化烯烃1a～j不对称胺羟化合成手性β-氨基醇5a～j 242
9.4.4 共表达体系的构建 243
9.4.5 两种重组大肠杆菌细胞催化烯烃不对称胺羟化合成手性β-氨基醇 245
9.4.6 共表达细胞催化烯烃不对称胺羟化合成手性β-氨基醇 247
9.4.7 E.coli（CGS-DEM）和E.coli（CGS-DEB）制备手性β-氨基醇 249
9.5 小结 249
参考文献 250
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| 內容試閱：
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手性β-氨基醇是一类非常重要的化合物，是合成许多精细化学品、天然产物和生物活性化合物的中间体。如具有氨肽酶抑制剂活性的乌苯美司(Bestatin)，被广泛应用于抗癌化疗、放疗的辅助治疗；含有(R )-苯甘氨醇结构的PDK1 抑制剂，对癌症治疗中关键酶PDK1 有抑制作用；含有(S )-2-氨基丙醇结构的第四代喹诺酮类抗菌药物左旋氧氟沙星(Levofloxacin)，是销售额一直居于前十位的重磅级药物。据统计，FDA 开出的药单中有82 种药物含有手性β -氨基醇的结构，另有119 种实验性药物含有手性β -氨基醇结构。此外，在不对称催化领域，手性β -氨基醇可作为手性配体和手性助剂，用于羰基的不对称还原、缩醛反应、二乙基锌醛加成和狄尔斯-阿尔德(Diels-Alder)反应等。
由于手性β-氨基醇具有巨大的应用价值，近几十年来不少研究小组都投入了极大热情开发新的方法用于手性β-氨基醇的合成。如氨基酸(醛，酮)的还原或加成、氨基酸酯的还原、环氧乙烷类叠氮化还原等。但化学催化法普遍存在选择性低、副产物多、反应步骤长、产率低和造成环境污染等问题。近年来，随着基因工程、酶工程和生物信息学等技术不断发展，将生物催化技术应用于手性化合物的合成逐渐体现出其高效性、高选择性、条件温和和环境友好的优点，这也是传统化学法无法比拟的。生物催化法合成手性β-氨基醇主要包括酮还原酶不对称还原手性氨基酮；脂肪酶催化β-氨基醇动力学拆分；转氨酶不对称氨化α-羟酮为手性β-氨基醇。但这些方法所需的底物普遍较为昂贵或通过商业方法无法获得，如手性氨基酮和α-羟酮；β-氨基醇动力学拆分产物的得率也仅为50%。从化学计量上考虑，这些方法还不够经济绿色。因此，对新的手性β -氨基醇绿色合成方法的研究显得尤为重要。
本书针对手性β-氨基醇的合成，全面系统地介绍了在手性β-氨基醇生物法合成方面取得的重要成果。首先构建了一种高通量筛选方法，用于从土壤环境中筛选具有高活力高选择性脱氨酶菌株。其次从筛选获得的菌株中克隆获得若干新的转氨酶，并对其进行了纯化表征，针对不同底物进行了反应；成功构建了转氨酶与醇脱氢酶的级联反应体系，催化外消旋β-氨基醇可同时得到对映体纯的β-氨基醇和邻二醇。再次，通过构建的高通量筛选方法，成功从土壤环境中筛选获得一株高活力高选择性环氨基醇特异性脱氨酶产生菌，并应用该菌对不同类型的β-氨基醇进行了拆分；对环氨基醇特异性菌株中脱氨酶进行了克隆，成功获得一个新的胺氧化酶，对其进行了克隆表达，纯化表征，并应用该酶对不同类型外消旋β -氨基醇进行了拆分；后，成功构建了一种新的级联催化系统，可不对称胺羟化烯烃合成手性β-氨基醇。
本书内容的研究工作得到了国家自然科学基金（项目编号：21772141）、山西省自然科学基金（项目编号：201701D221042）、山西省高等学校科技创新项目(项目编号：2015132)、生物反应器工程国家重点实验室开放课题等的资助。
感谢课题组研究生武华磊、崔智美、赵剑伟、常娅文、杨晓晓、董睿等人在实验研究中付出的辛勤工作。
由于编者水平有限，缺点和不足在所难免，恳请有关专家和广大读者批评指正。
著者
2021 年6 月
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