Page 99 - 精细化工2019年第9期

第 36 卷第 9 期 精 细 化 工 Vol.36, No.9
201 9 年 9 月 FINE CHEMICALS Sept. 2019

生物工程
共表达 PPK 和 GMAS 全细胞催化合成 L-茶氨酸

2
1*
1
1
潘鑫茹 ，刘均忠 ，张宏娟 ，焦庆才
（1. 医药生物技术国家重点实验室 南京大学 生命科学学院，江苏 南京 210093；2. 南京医科大学 药
学院，江苏 南京 210029）
摘要：利用 pETDuet-1 质粒在大肠杆菌 BL21(DE3)中重组表达了多聚磷酸盐激酶（PPK）和 γ-谷氨酰甲胺合成
酶（GMAS），并以共表达 PPK 和 GMAS 的重组菌全细胞催化合成 L-茶氨酸，优化了反应参数。SDS-PAGE 结
果表明，PPK 和 GMAS 共表达成功；最佳全细胞催化反应条件为：35 ℃，pH=7.0，谷氨酸钠 300 mmol/L，乙
胺盐酸盐 420 mmol/L，六偏磷酸钠 100 mmol/L，添加 2 mmol/L 起始量 ATP，在 100 mL 反应体系中转化 24 h，
L-茶氨酸浓度达到 199 mmol/L，谷氨酸钠的转化率达到 66.34%。
关键词：共表达；多聚磷酸盐激酶；γ-谷氨酰甲胺合成酶；L-茶氨酸；ATP 再生；生物工程
中图分类号：Q55 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2019) 09-1827-06

Synthesis of L-Theanine by Whole Cell Catalyst

Co-expressing PPK and GMAS

1
1*
2
1
PAN Xin-ru , LIU Jun-zhong , ZHANG Hong-juan , JIAO Qing-cai
（1. State Key Laboratory of Pharmaceutical Biotechnology, School of Life Sciences, Nanjing University, Nanjing
210093, Jiangsu, China; 2. School of Pharmacy, Nanjing Medical University, Nanjing 210029, Jiangsu, China）
Abstract: Polyphosphate kinase (PPK) and γ-glutamylmethylamide synthetase (GMAS) were recombinant
expressed using pETDuet-1 plasmid in Escherichia coli BL21(DE3). L-theanine was synthesized by whole cell
catalyst co-expression of PPK and GMAS and the reaction parameters were optimized. The SDS-PAGE analysis
showed that PPK and GMAS were successfully co-expressed in the recombinant strains. The optimal conditions
for whole cell biocatalytic reaction were as follows: temperature 35 ℃, pH=7.0, 300 mmol/L monosodium
glutamate, 420 mmol/L ethylamine hydrochloride, 100 mmol/L sodium hexametaphosphate 2 mmol/L ATP. Under
the optimal conditions, the L-theanine yield reached 199 mmol/L, and the conversion rate of monosodium
glutamate was 66.34% after 24 h in a 100 mL reaction system.
Key words: co-expression; polyphosphate kinase; γ-glutamylmethylamide synthetase; L-theanine; ATP
regeneration; biological engineering

L-茶氨酸（L-theanine）分子式 C 7 H 14 N 2 O 2 ，又 目前，工业化生产 L-茶氨酸的主要方法有分离
名 N-乙基-γ-L-谷氨酰胺，是一种非蛋白质氨基酸，最 提取法、植物组织细胞培养法、化学合成法和微生
[4]
初是由日本科学家 Sakato 在 1949 年从绿茶中分离 物酶法。L-茶氨酸仅占茶叶干重的 1%左右 ，分离
得到 [1-2] 。L-茶氨酸不仅对茶叶的风味与品质有着重 提取法生产成本高，规模受到限制。植物组织细胞
[3]
要影响 ，还具有多种生理功能，对缓解压力、提高 培养法运行成本高，无法大规模推广应用 [13] 。化学
认知能力、稳定情绪、提高睡眠质量和免疫力、预防心 合成法得到的是 L-构型和 D-构型的消旋体，需要进
血管疾病、预防阿兹海默症和肥胖症有着重要作用 [4-12] 。 一步拆分得到 L-茶氨酸，且反应副产物多 [14] 。微生
因此，L-茶氨酸具有重大的应用价值和开发前景。 物酶法催化合成 L-茶氨酸具有原料价格低廉、催化

收稿日期：2019-01-02; 定用日期：2019-03-25; DOI: 10.13550/j.jxhg.20190003
基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目（21302100）
作者简介：潘鑫茹（1994—），女，硕士生。联系人：焦庆才（1959—），男，教授，博士生导师，E-mail：jiaoqc@163.com。