[发明专利]一种精氨酸水解酶及其编码基因和应用

说明书

本发明提供了一种新的精氨酸水解酶及其编码基因和应用，具体地，本发明提供了一种生产鸟氨酸的方法，本发明的精氨酸水解酶制备获得鸟氨酸的副产物是氨和二氧化碳，它们可以很容易的从反应体系中分离，方便鸟氨酸的分离纯化。

技术领域

本发明涉及分子生物学与生物技术领域，具体地，涉及一种新的精氨酸水解酶及其编码基因和应用。

背景技术

L-鸟氨酸是一种丰富的非蛋白合成的氨基酸，被广泛用于制作食品补充剂和营养产品。药物剂量的鸟氨酸可以诱导脑垂体中生长激素的分泌进而增强代谢防止肥胖、减缓身体疲劳，因此鸟氨酸是健身者和运动员理想的营养添加剂^1,2。研究报道小鼠口服鸟氨酸可以延长睡眠时间³，在人服用鸟氨酸的研究中也发现鸟氨酸具有缓解压力、提高睡眠质量的作用⁴。在人体中鸟氨酸可以帮助伤口愈合并且通过排氨保护肝脏^5,6。鸟氨酸还是一种天然甜味剂被用于减少果汁和其它饮料的苦味⁷。由于鸟氨酸在食品和药物领域广泛的应用价值，因此急需一种简便和节能的方式来生产鸟氨酸。

已知有三种主要的生产方式来生产鸟氨酸：化学合成，发酵和酶法合成。

化学合成是最早使用的一种方法，它的主要缺点在于合成步骤繁琐、得到的是鸟氨酸的消旋体即等摩尔L-鸟氨酸和D-鸟氨酸的混合物不易分离。另外化学法合成鸟氨酸的产率较低不足70％。

当前，鸟氨酸大多通过微生物发酵获得。虽然微生物发酵能够达到很高的产量，但也存在长时间发酵不充分和底物浪费的问题。同时发酵液成分复杂，给分离提纯鸟氨酸增加了难度。相比之下利用酶法将L-精氨酸转化为L-鸟氨酸的方法更加高效，精氨酸的价格只占鸟氨酸价格的三分之一为酶法生产鸟氨酸的方法提供了可能。

然而，当前酶法主要是用精氨酸酶以精氨酸为底物生成鸟氨酸和尿素。精氨酸酶主要从动物的肝脏中提取，它的回收率比较低花费比较高。热熔芽孢杆菌、炭疽芽孢杆菌、幽门螺杆菌、苏云金杆菌和短芽孢杆菌中也可以获取精氨酸酶，但是这些物种里的精氨酸酶容易形成包涵体难以纯化。

因此，本领域迫切需要开发一种可以很容易的从反应体系中分离方便鸟氨酸的分离纯化的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以很容易的从反应体系中分离方便鸟氨酸的分离纯化的方法。

本发明第一方面提供了一种生产鸟氨酸的方法，所述方法包括步骤：

(i)在反应体系中，以L-精氨酸(L-arginine)为底物，在精氨酸水解酶的催化下，进行反应式I所示的催化反应，从而形成L-鸟氨酸(L-ornithine)；和

L-arginine+2H₂O＝L-ornithine+2NH₃+CO₂

反应式I

(ii)任选地，从所述步骤(i)的反应后的反应体系中分离出L-鸟氨酸；

其中，所述的精氨酸水解酶来源于蓝细菌集胞藻(Synechocystis sp.)。

在另一优选例中，所述精氨酸水解酶来源于蓝细菌集胞藻属 6803(Synechocystis sp.PCC 6803)。

在另一优选例中，所述精氨酸水解酶为野生型或突变体。

在另一优选例中，所述鸟氨酸和氨的化学计量比e为0.1-10:0.2-20，较佳地，0.5-8：0.5-15，更佳地，0.8-5：1-10，更佳地，0.9-3:1-3。

在另一优选例中，所述反应的转化率≥90％，较佳地≥95％，更佳地≥98％，更佳地≥99％，最佳地100％。