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(gè)被分離的氨基酸，分別由法國(guó)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(dòng)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(jìn)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(duì)大腦的發(fā)育和功能是必需的，同時(shí)在腫瘤治療及蛋白質(zhì)糖基化中扮演重要角色。據(jù)報(bào)道，L-天冬酰胺能解除高谷氨酰胺抑制引發(fā)的細(xì)胞凋亡，進(jìn)而實(shí)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(duì)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(dòng)物細(xì)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(guò)濾、離心，獲得粗品，隨后經(jīng)過(guò)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(guò)L-天冬氨酸與氨水進(jìn)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(guò)天冬酰胺合成酶催化銨離子或谷氨酰胺的氨基進(jìn)行轉(zhuǎn)移，該過(guò)程為耗能過(guò)程，需要ATP參與(圖1)。雖然該方法由于生產(chǎn)成本高國(guó)內(nèi)外鮮有報(bào)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(diǎn)，同時(shí)具有對(duì)設(shè)備的要求低、投資小、生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單、易于操作控制等優(yōu)勢(shì)，具有一定的開發(fā)前景。
圖1 L-天冬酰胺的生物合成