Novel Nano-/Micro-Biocatalyst: Soybean Epoxide Hydrolase Immobilized on UiO-66-NH2 MOF for Efficient Biosynthesis of Enantiopure (R)-1, 2-Octanediol in Deep Eutectic Solvents

对映体药物 生物催化 化学 热稳定性 环氧化物水解酶 羟基化 固定化酶 有机化学 核化学 催化作用 对映选择合成 微粒体 离子液体
作者
Shi‐Lin Cao,Dongmei Yue,Xuehui Li,Thomas J. Smith,Ning Li,Min‐Hua Zong,Hong Wu,Yongzheng Ma,Wen‐Yong Lou
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:4 (6): 3586-3595 被引量:179
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.6b00777
摘要

The nano-/microscale UiO-66-NH2 metal–organic framework (MOF) materials were successfully prepared with a uniform size of about 350–400 nm and structurally characterized. Soybean epoxide hydrolase (SEH), a useful hydrolase for synthesis of valuable vicinal diols, was for the first time efficiently immobilized onto the prepared UiO-66-NH2 MOF. The resulting novel nano-/microbiocatalyst SEH@UiO-66-NH2 manifested high SEH loading (87.3 mg/g) and enzyme activity recovery (88.0%). The novel SEH@UiO-66-NH2 greatly surpassed the free SEH with resepct to pH stability, thermostability, and tolerance to organic solvents. SEH@UiO-66-NH2 retained more than 17.6 U activity after 2 h of incubation at 45 °C, whereas free SEH maintained around 10.1 U activity under the same conditions. After storage at 4 °C for 4 weeks, the prepared SEH@UiO-66-NH2 still retained around 97.5% of its initial activity. The significant enhancements resulted from the increase of structural rigidity of SEH@UiO-66-NH2, which was demonstrated by the secondary structure analysis of the enzyme. The optimun pH and tempearture of SEH@UiO-66-NH2 were significantly superior to the corresponding levels of its free counterpart. Also, SEH@UiO-66-NH2 manifested markedly enhanced enzyme–substrate affinity and catalytic efficiency compared to free SEH, as supported by a lower apparent Km value (6.5 vs 19.2 mM) and an increased Vmax/Km value (8.0 × 10–3 vs 5.8 × 10–3 min–1), respectively. Furthermore, the as-prepared SEH@UiO-66-NH2, for the first time, was successfully applied as an efficient biocatalyst for the asymmetric hydrolysis of 1,2-epoxyoctane to (R)-1,2-octanediol in a novel deep eutectic solvent (DES) with a yield of around 41.4% and a product e.e. value of 81.2%. Remarkably, the nano-/microscale UiO-66-NH2 MOFs as novel enzyme support materials are promising for enzyme immobilization, and the prepared SEH@UiO-66-NH2 exhibited great potential for efficient biosynthesis of enantipure (R)-1,2-octanediol.
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