背景及概述
L-天冬酰胺(L-asparagine，L-Asn)，又名天冬酰胺、天門冬素、α-氨基丁二酸一酰胺，是常見的20種氨基酸之一，在食品、醫(yī)藥、化工合成、微生物培養(yǎng)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用［1］。1806年，L-天冬酰胺作為個被分離的氨基酸，分別由法國化學(xué)家Louis和Pierre從蘆筍汁中分離獲得。隨后陸續(xù)在各種動物和植物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)并分離。
L-天冬酰胺的應(yīng)用
L-天冬酰胺作為添加劑，與糖共熱進行氨基-羰基反應(yīng)，能形成特殊香味物質(zhì)，用于清涼飲料。L-天冬酰胺對大腦的發(fā)育和功能是必需的，同時在腫瘤治療及蛋白質(zhì)糖基化中扮演重要角色。據(jù)報道，L-天冬酰胺能解除高谷氨酰胺抑制引發(fā)的細胞凋亡，進而實現(xiàn)腫瘤的治療。L-天冬酰胺常用于氨基酸輸液，以及具有降壓、平喘、抗消化性潰瘍、胃功能障礙等功能，并可用于治療心肌梗死、心肌代謝障礙、心力衰竭、心臟傳導(dǎo)阻滯、疲勞癥等。此外，L-天冬酰胺能夠在寡糖轉(zhuǎn)移酶的作用下，與N-乙酰氨基葡糖在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)結(jié)合，該作用是蛋白質(zhì)糖基化的重要形式，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能至關(guān)重要。L-天冬酰胺也是微生物培養(yǎng)和動物細胞培養(yǎng)重要的添加劑。
L-天冬酰胺的制備
目前，L-天冬酰胺的制備方法主要是直接提取法和化學(xué)合成法。直接提取法是指從L-天冬酰胺含量高的天然材料中分離。例如，以白羽扇豆為原料，經(jīng)發(fā)芽、成漿、加熱處理等流程，在pH小于6的條件下，經(jīng)硅藻土過濾、離心，獲得粗品，隨后經(jīng)過濃縮、結(jié)晶獲得成品。從草木樨中成功提取獲得L-天冬酰胺。直接提取法受原材料質(zhì)量因素影響大，工藝復(fù)雜不易控制，且污染嚴(yán)重?；瘜W(xué)合成法主要通過L-天冬氨酸與氨水進行酰胺化而得，該方法也普遍存在污染大、副反應(yīng)多等缺陷。
生物合成法主要通過天冬酰胺合成酶催化銨離子或谷氨酰胺的氨基進行轉(zhuǎn)移，該過程為耗能過程，需要ATP參與(圖1)。雖然該方法由于生產(chǎn)成本高國內(nèi)外鮮有報道，但該方法具有反應(yīng)條件溫和、生產(chǎn)效率高、副產(chǎn)物少等優(yōu)點，同時具有對設(shè)備的要求低、投資小、生產(chǎn)過程簡單、易于操作控制等優(yōu)勢，具有一定的開發(fā)前景。
圖1 L-天冬酰胺的生物合成