通过3-磺酰氧基-1-甲酸从3-羟基-1-甲酸产生烯的制作方法
【专利说明】通过3-磺酰氧基-1-甲酸从3-羟基-1-甲酸产生烯
[0001] 本发明涉及一种通过生物学过程产生烯的方法。更具体地，本发明涉及一种通过 3-磺酰氧基-1-甲酸从3-羟基-1-甲酸产生烯（例如丙烯、乙烯、1-丁烯、异丁烯、异戊烯、 丁二烯或异戊二烯）的方法。
[0002] 众多的化学化合物目前源自石油化学品。烯类（如乙烯、丙烯、不同的丁烯、或戊 烯）在例如用于产生聚丙烯或聚乙烯的塑料工业和在化学工业其他领域和燃料领域中使 用。
[0003] 乙烯，最简单的烯，在工业有机化学中居核心地位：它是世界上最广泛产生的有机 化合物。它特别用来产生聚乙稀，这是一种主要塑料。乙烯也可以通过（氧化、卤化）反应 转化成许多工业上有用的产品。
[0004] 丙烯发挥类似重要的作用：其聚合产生塑性材料_聚丙烯。就抵抗性、密度、实度、 可变形性和透明性而言，这种产物的技术特性是无可匹敌的。自1954年其发明以来，世界 范围的聚丙烯产量已经连续增长。
[0005] 丁烯以四种形式存在，其中之一（异丁烯）进入甲基叔丁基醚（MTBE)(汽车燃料 的抗震添加剂）的组合物中。异丁烯也可以用来产生异辛烯，所述异辛烯转而可以还原成 异辛烷（2, 2,4-三甲基戊烷）；异辛烷的极高辛烷值使其成为所谓"汽油"发动机的最佳燃 料。
[0006] 根据双键的位置和构型，戊烯、己烯和庚烯以许多形式存在。这些产物具有实际的 工业应用，但是与乙烯、丙烯或丁烯相比较不重要。
[0007] 全部这些烯目前通过催化性裂解石油产物（或在己烯的情况下从煤炭或天然气 中通过Fisher-Tropsch工艺的衍生物）产生。它们的成本因此天然地与油价挂钩。另外， 催化性裂解有时与增加工艺复杂性和生产成本的巨大技术难题相关。
[0008] 在烯化学家族中，异戊二烯（2-甲基_1，3_ 丁二烯）是经聚合导致橡胶的萜模体。 其他萜可能通过化学途径、生物学途径或混合途径形成，作为可用产物如生物燃料或以便 制造塑料。
[0009] 显然，较少地充分研宄烯、尤其终端烯（在位置2处单取代或二取代的乙烯：H 2C =C(R〇 (R2))的产生。已经描述通过小红酵母（Rhodotorula minuta)使异戊酸（或其酸 根）转化成异丁稀（Fujii T.等人，Appl. Environ. Microbiol.，1988,54 :583)，但是以极 低周转次数值为特征的这个反应的效率&_是lxlCT^ecT1)远未允许工业应用。通过这种 途径大规模生物合成异丁烯似乎是高度不利的，因为它将需要合成和降解一分子的亮氨酸 以形成一分子的异丁烯。另外，催化此反应的酶使用血红素作为辅因子，这不利于细菌中的 重组表达和酶参数的改善。已经将其他微生物描述为能够略微地从异戊酸（或其酸根）天 然产生异丁烯；获得的产量甚至低于用小红酵母获得的那些产量（Fukuda H.等人，Agric. Biol.Chem.，1984,48 :1679)。
[0010] 相同的研宄也已经描述丙烯的天然产生：许多微生物能够产生丙烯，再次说明的 是伴随极低产率。植物产生乙烯已经是长久已知的（Meigh等人，1960, Nature，186 :902)。 根据阐明的代谢途径，甲硫氨酸是乙烯的前体（Adams和Yang，PNAS，1979, 76 :170)。也已经 描述了 2-酮戊二酸（或其酸根）的转化（Ladygina N等人，Process Biochemistry 2006， 41 :1001)。由于产生二碳分子的乙烯消耗一个4碳或5碳分子前体，所以这些途径似乎在 物质上和在能量上不利于它们的工业应用。
[0011] W02010/001078描述了一种用于通过采用具有脱羧酶活性的酶以酶促方式转化 3-羟基链烷酸而产生烯的方法。这种方法是有利的，因为它有助于避免使用石油产物、有助 于降低产生塑料和燃料的成本并且可以通过允许碳以固体形式贮存而产生巨大的全球环 境影响。虽然W0 2010/001078中描述的方法允许通过酶促反应产生烯，仍需要允许在可以 扩展至产业规模的生物系统中产生烯的其他方法。本申请解决了这种需求。
[0012] 本发明涉及一种用于产生烯的方法，其特征在于它包括通过生物学方法、尤其酶 促方法转化3-羟基-1-甲酸，其中在第一步骤中，3-羟基-1-甲酸经酶促转化成3-磺酰 氧基-1-甲酸并且其中如此产生的3-磺酰氧基-1-甲酸随后转化成烯。第一步骤中3-羟 基-1-甲酸经酶促转化成3-磺酰氧基-1-甲酸包括硫酸酯转移（磺酰化）。产生的3-磺 酰氧基-1-甲酸转化成烯包括脱磺酰化/脱羧。这种第二次转化可以通过热转化法或通过 酶促反应实现，如下文将更详细地解释。
[0013] 如本文所用，术语"3-羟基-1-甲酸"指对应于以下通式I的分子：
【主权项】
1. 一种从3-羟基-1-甲酸产生烯的方法，特征在于具有以下通式I的3-羟基-1-甲 酸：
在第一步骤中被酶促地转化成具有以下通式II的3-磺酰氧基-1-甲酸：
并且在于如此产生的3-磺酰氧基-1-甲酸随后转化成具有以下通式III的烯：
其中R1和R 3独立选自氢（-H)、甲基（-CH 3)、乙基（-CH2-CH3)、异丙基（-CH2 (CH3) 2)、乙 烯基（-CH = CH2)和异丙烯基（-C(CH3) = CH2)并且其中R2和R 4独立选自氢（-H)和甲基 (-CH3) 〇
2. 根据权利要求1所述的方法，其中通过使用磺基转移酶实现3-羟基-1-甲酸经酶促 转化成3-磺酰氧基-1-甲酸。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中磺基转移酶选自醇磺基转移酶（EC2. 8. 2. 2)、类 固醇磺基转移酶（EC2. 8. 2. 15)、鲨胆留醇磺基转移酶（EC2. 8. 2. 32)、黄酮醇3-磺基转移酶 (EC2. 8. 2. 25)、视黄醇磺基转移酶/脱水酶、PKS磺基转移酶和OLS磺基转移酶。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中通过热转化实现通过脱磺酰化/脱 羧将3-磺酰氧基-1-甲酸转化成相应的烯。
5. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中通过酶促转化实现通过脱磺酰化/ 脱羧将3-磺酰氧基-1-甲酸转化成相应的烯。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中通过使用萜合酶、二磷酸甲羟戊酸脱羧酶、甲羟戊 酸-5-单磷酸脱羧酶、视黄醇磺基转移酶/脱水酶和/或PKS或OLS硫酯酶实现酶促转化。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中萜合酶选自异戊二烯合酶（EC4. 2. 3. 27)、单萜合 酶、α -法呢烯合酶（EC4. 2. 3. 46)、β -法呢烯合酶（EC4. 2. 3. 47)、月桂烯ΛΕ) - β -罗勒烯 合酶（EC4. 2. 3. 15)、蒎烯合酶（EC4. 2. 3. 14)和柠檬烯合酶（EC4. 2. 3. 16 和 4. 2. 3. 20)。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中方法在体外实施。
9. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中方法在微生物存在下实施，所述微生 物产生催化3-羟基-1-甲酸转化成3-磺酰氧基-1-甲酸的酶。
10. 根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中方法在微生物存在下实施，所述 微生物产生催化3-羟基-1-甲酸转化成3-磺酰氧基-1-甲酸的酶并产生催化3-磺酰氧 基-1-甲酸转化成烯的酶。
11. 根据权利要求1至10中任一项所述的方法，包括采集从反应中脱气的气态烯的步 骤。
12. 生物或微生物，其表达 (a) 磺基转移酶；和 (b) 萜合酶或二磷酸甲羟戊酸脱羧酶或甲羟戊酸-5-单磷酸脱羧酶或视黄醇磺基转移 酶/脱水酶或PKS或OLS硫酯酶。
13. -种组合物，其包含 (i) 磺基转移酶和式I的3-羟基-1-甲酸；或 (ii) (a)萜合酶或二磷酸甲羟戊酸脱羧酶或甲羟戊酸-5-单磷酸脱羧酶或视黄醇磺基 转移酶/脱水酶或PKS或OLS硫酯酶；和 (b)式II的3-磺酰氧基-1-甲酸；或 (iii) (a)磺基转移酶；和 (b)萜合酶或二磷酸甲羟戊酸脱羧酶或甲羟戊酸-5-单磷酸脱羧酶或视黄醇磺基转移 酶/脱水酶或PKS或OLS硫酯酶。
14. 根据权利要求12所述的微生物或根据权利要求13所述的组合物用于从式I的 3-羟基-1-甲酸产生式III的烯的用途。
【专利摘要】本申请描述一种通过3-磺酰氧基-1-甲酸从3-羟基-1-甲酸产生烯(例如丙烯、乙烯、1-丁烯、异丁烯、异戊烯、丁二烯或异戊二烯)的方法。
【IPC分类】C12P5-02, C12N9-10
【公开号】CN104755624
【申请号】CN201380055899
【发明人】P·马利埃, M·阿尼斯莫瓦, M·阿拉尔
【申请人】财富科学家股份有限公司, 环球生物能源公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2013年10月24日
【公告号】EP2912184A1, WO2014064198A1