[发明专利]具有催化乙醇醛合成乙二醇功能的酶及其应用

说明书

本发明涉及一种具有催化乙醇醛合成乙二醇功能的酶，其为乙醇脱氢酶GOX1067、乙醇脱氢酶GOX1068、乙醛脱氢酶GOX2018和乙醇脱氢酶GOX0313中的一种或几种。本发明还涉及上述酶在以乙醇醛或甲醛或CO₂为底物合成乙二醇途径中的应用。与现有技术相比，本发明所提供的具有催化乙醇醛合成乙二醇功能的酶可以快速合成大量的乙二醇，实现了双酶将甲醛转化为乙二醇，开辟了以CO₂为原料合成乙二醇的新途径。该发明为CO₂合成高附加值化合物途径提供了新思路，为实现碳中和开辟新的生物化学途径，具有潜在的应用前景。

技术领域

本发明属于酶的定向进化改造和生物催化应用技术领域，涉及具有催化乙醇醛合成乙二醇功能的酶及其应用。

背景技术

乙二醇又名甘醇、1，2-亚乙基二醇，是最简单的二元醇，是一种重要的有机化工原料，广泛应用于生产聚酯、醇酸树脂、润滑剂、油漆、胶粘剂、表面光活性剂等领域。乙二醇可被生物降解，其聚合物也具有生物可降解性，以乙二醇为单体合成聚合物解决了传统塑料制品存在的难以降解的问题。

目前乙二醇制备方法主要有以下几种：(1)催化水合法：以环氧乙烷和水为底物，在催化剂和一定温度、压力条件下合成。此法工艺流程长、设备复杂、耗能高。(2)碳酸乙烯酯法：首先利用催化剂将CO2和环氧乙烷反应生产碳酸乙烯酯，然后通过水解得到乙二醇，选择性高但耗能高、条件苛刻。(3)合成气法：通过高温高压和贵金属催化剂作用合成乙二醇，条件苛刻。在专利(CN102649686A)中公开了以草酸酯和氢气为原料，以贵金属为催化剂先合成乙醇酸酯再水解得到乙二醇的方法，提高了乙二醇的选择性。

目前，通过酶法合成乙二醇的方法少有报道。以CO₂为原料，通过多酶级联合成乙二醇的途径也几乎没有报道。开发一个绿色高效的乙二醇合成途径是一直以来需要解决而由尚未解决的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对制备乙二醇的方法条件苛刻，对环境污染大，酶法合成乙二醇方法几乎没有报道等问题，提供了具有催化乙醇醛合成乙二醇功能的酶，所述酶能够催化乙醇醛快速合成大量的乙二醇。本发明还提供了上述酶在以乙醇醛或甲醛或CO₂为底物多酶级联反应合成乙二醇途径中的应用，实现了双酶将甲醛转化为乙二醇，开辟了以CO₂为原料合成乙二醇的新途径。

为此，本发明第一方面提供了一种具有催化乙醇醛合成乙二醇功能的酶，其为乙醇脱氢酶GOX1067、乙醇脱氢酶GOX1068、乙醛脱氢酶GOX2018和乙醇脱氢酶GOX0313中的一种或几种。

所述乙醇脱氢酶GOX1067、乙醇脱氢酶GOX1068、乙醛脱氢酶GOX2018和乙醇脱氢酶GOX0313均来源于氧化葡萄糖酸杆菌Gluconobacter oxydans 621H。

根据本发明的一些实施方式，所述乙醇脱氢酶GOX1067为以下GOX1067蛋白质中的任一种：

(A1)氨基酸序列为SEQ ID No.1的蛋白质；

(A2)将SEQ ID No.1所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且具有相同功能的蛋白质；

(A3)与(A1)或(A2)所限定的氨基酸序列具有99％以上、95％以上、90％以上、85％以上或者80％以上同源性且具有相同功能的蛋白质；

(A4)在(A1)-(A3)中任一种蛋白质的N端和/或C端连接标签后得到的融合蛋白。