尸胺生物合成及聚酰胺应用综述

工程3（2017）308研究绿色化学工程述评尸胺产生菌及其应用马伟超a，b，c，陈克全a，b，*，李艳a，b，宁浩a，b，王欣a，b，欧阳平凯a，b南京工业大学材料化学工程国家重点实验室，南京211816b南京工业大学生物技术与制药工程学院，南京211816c天水师范学院生物工程与生物技术学院，天水741001ARt i clEINf oA b s tRAC t文章历史记录：2016年12月3日收到2017年4月15日修订2017年4月18日接受2017年5月23日在线发布关键词：尸胺代谢细菌生产生物聚酰胺PA 5X尸胺是一种广泛存在于原核生物和真核生物中的天然多胺，具有多种生物活性，是一种重要的化工原料。尸胺具有广阔的应用前景，尤其是作为生物基聚酰胺的重要单体。尸胺基聚酰胺PA 5X具有环境友好的特点，在吸水性和尺寸稳定性方面具有优异的性能，具有广阔的应用前景。本文综述了近年来尸胺在细菌中的生物合成、代谢和生理功能，重点介绍了尸胺在大肠杆菌（Escherichia coli，E. 大肠杆菌）。我们还介绍了最近的发展，在细菌生产尸胺的直接发酵和全细胞生物转化，以及最近的方法，尸胺的分离和纯化。此外，我们还综述了尸胺在合成全生物基聚酰胺中的应用。最后，我们提供了一个展望，并建议未来的发展，以促进生产尸胺从可再生资源。© 2017 The Bottoms.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版这是CC BY-NC-ND下的开放获取文章许可证（http：//creati v ecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍尸胺（1，5-diaminopentane）是一种天然多胺，广泛存在于原核生物和真核生物中，是由赖氨酸脱羧酶催化L-赖氨酸直接脱羧形成的，具有多种生物活性尸胺在酸性pH下的细胞存活中起重要作用，并在厌氧条件下保护缺乏无机磷酸盐Pi的细胞[1，2]。在植物中，它参与调节多种过程，如植物生长和发育，细胞信号传导，应激反应和昆虫防御[3]。尸胺的形成也与动物生长有关[4][5,6]《道德经》云：因此，尸胺在农业和医学上具有广泛的潜在应用尸胺具有与合成的石油化学品β-二胺类似的结构，因此可以用于在聚酰胺或聚氨酯的生产中代替六亚甲基二胺[7，8]。尸胺是一种重要的化工原料，具有广阔的应用前景，特别是在生物基聚酰胺的合成中具有广阔的应用前景。衍生自可再生资源的羧酸目前，尸胺的生产方法有直接发酵法和全细胞生物转化法。对于直接微生物发酵，尸胺生产菌株主要是从常规L-赖氨酸生产者谷氨酸棒杆菌（Corynebacteriumglutamicum）（C.谷氨酸）[9]和大肠杆菌（E. coli）[10]，因为L-赖氨酸是尸胺的直接前体。 对于全细胞生物转化，生物催化剂以E. 大肠杆菌过量表达赖氨酸脱羧酶[11，12]。本文综述了尸胺在细菌中的生物合成、代谢和生理功能，尸胺生产的最新进展，以及尸胺在生物基聚酰胺PA 5X合成中的应用。2. 细菌中尸胺代谢2.1. 尸胺对细菌尸胺是由L-赖氨酸脱羧形成的，因此它的生物合成依赖于L-赖氨酸.两种不同的途径* 通讯作者。电子邮件地址：kqchen@njtech.edu.cnhttp://dx.doi.org/10.1016/J.ENG.2017.03.0122095-8099/© 2017 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。 这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http：//creati v ecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect工程杂志主页：www.elsevier.com/locate/engW. Ma等人/工程3（2017）308309L-赖氨酸生物合成的两条途径：细菌和植物中的二氨基庚二酸（DAP）途径;大多数真菌和一些古细菌中的α-氨基己二酸途径[13，14]。DAP途径有三种用于合成内消旋-二氨基庚二酸酯的变体[15第一种最普遍的变体，其中中间体被琥珀酰化，广泛分布于真细菌[18]、所谓的低等真菌[19]、植物[20]和古细菌[14，21]中。第二种变体涉及中间体的N-酰化，并且仅存在于芽孢杆菌属物种中，例如巨大芽孢杆菌[18，22]。第三种变体是脱氢酶途径，其中β1-哌啶-2，6-二羧酸通过一步反应转化为内消旋-二氨基庚二酸;这种变体在C.谷氨酸杆菌、球形芽孢杆菌、假单胞菌属、短杆菌属和一些植物如大豆、玉米和小麦[13，18]。尸胺的生物合成和代谢已在E. 杆菌两种类型的赖氨酸脱羧酶参与尸胺合成：组成型LdcC[23]和诱导型CadA[24]。它们在DNA和氨基酸序列中分别显示出约68%和69%的同一性;然而，最佳LdcC活性发生在约pH 7.6处，最佳CadA活性发生在约pH5.6处[25]。此外，CadA具有更高的热稳定性。更高的脱羧活性[25，26]。CadA是E. coli Cad系统，该系统通过在一定条件下诱导蛋白表达来保护细胞免受酸胁迫低pH值下过量的L-赖氨酸[27]。急诊大肠杆菌Cad系统具有两个主要组分：编码赖氨酸脱羧酶（CadA）和赖氨酸/尸胺反向转运蛋白（CadB）的cadBA操纵子，以及调节蛋白CadC[28，29]。CadC是一种多功能内膜蛋白，其由在细胞质N-末端具有翼螺旋-转角-螺旋基序的DNA结合结构域、跨膜（TM）结构域和周质C-末端组成[30]。N-末端可以结合cadBA上游区域的Cad 1和Cad 2位点，以激活cadBA表达[31]。C-末端是负责感测外部H +浓度的pH传感器结构域[32]。CadC的TM结构域和周质暴露的氨基酸在通过形成盐桥和/或二硫键介导和/或稳定CadC和LysP之间的缔合中是重要的[30]。 LysP是一种L-赖氨酸特异性过氧化物酶，其感知外源L-赖氨酸并调节CadC水平[30，33，34]。cadBA操纵子的转录也受到组蛋白样DNA结合蛋白H-NS的调节，其在非诱导条件下起到减少CadA和CadB表达的作用[35，36]。图2总结了cadBAoper的调节机制。在E。杆菌在正常生长条件下，cadBA操纵子的表达受到H-NS蛋白与Cad 1和Cad 2位点结合的抑制，Cad 1和Cad 2位点分别位于图1.一、通过DAP途径生物合成尸胺的示意图。TCA：三羧酸; PTS：磷酸转移酶系统。310W. Ma等人/工程3（2017）308同时，转录激活因子CadC锚定在内膜中，不能执行激活功能，因为与膜蛋白LysP的相互作用。因此，cadBAoper-不转录，也不产生细胞尸胺[37]。当在富含赖氨酸的环境（> 5 mmol·L-1）中发生酸性胁迫（pH 6.8）此外，LysP的构象在L-赖氨酸的结合/易位后进一步改变，这导致解离。[38]和LysP。然后，激活的CadC取代H-NS蛋白并结合cadBA上游区域的Cad 1和Cad 2位点，以激活cadBA操纵子转录和表达[36，38]。随着尸胺的积累，过量的尸胺（> 235μ mol·L此外，CadA活性被ppGpp抑制，ppGpp是一种严格的应答效应物，在缺乏氨基酸的细胞中快速积累，以防止过量的L-赖氨酸消耗[40]。除了E.大肠杆菌中，另一个尸胺合成系统已在萨氏乳杆菌30a中鉴定。该系统由特异性赖氨酸脱羧酶和对鸟氨酸和腐胺以及赖氨酸和尸胺具有亲和力的双功能反向转运蛋白组成[41]。2.2. 尸胺在细菌中的中间代谢虽然没有观察到尸胺在E.到目前为止[8]，已知几种细菌物种使用尸胺作为中间体。尸胺的乙酰化反应在C.谷氨酸。InC.在谷氨酸中，编码基因NCgl 1469负责N -乙酰尸胺的形成，其已被鉴定并在功能上被指定为尸胺乙酰转移酶。NCgl1469的缺失导致尸胺乙酰化的完全消除和尸胺产率增加11%[42]。尸胺也可以通过胍丁胺/尸胺氨丙基转移酶氨丙基化，在激烈热球菌中形成N-（3-氨丙基）尸胺[43]。另一种钙达维林分解代谢途径已被证实，假单胞菌属，其中尸胺通过转氨作用代谢为α-哌啶并氧化为δ-氨基戊酸[44]。尸胺已被证明是细胞壁的重要组成部分，并在一些严格厌氧细菌的外膜和肽聚糖之间的结构连接中发挥重要作用[45]。这种作用首先由Kamio等人在反刍月单胞菌的肽聚糖中发现[46，47];在碱性韦荣球菌[48]、小韦荣球菌[49]和解脂厌氧弧菌[50]中发现了类似的结构。含尸胺肽聚糖的拟定一级结构见图3 [45，50]。尸胺还参与铁载体的生物合成，铁载体被输出到局部细胞外环境中，在那里它们以高亲合力结合Fe3+[51，52]。目前已知的基于尸胺的铁载体（图4）包括节杆菌素[51，53]、双sucaberin B[54]、双sucaberin[55]、去铁胺B[56[57][59]和去铁胺G1[60]。3. 尸胺的生物基生产尸胺是由活细胞中的赖氨酸脱羧酶催化L-赖氨酸直接脱羧合成的。然而，由于赖氨酸脱羧酶中的产物抑制，其在3 g·L-1尸胺时失去50%的活性，因此通过直接酶催化生产尸胺的研究很少在最近的一个例外中，尝试使用戊二醛交联的赖氨酸脱羧酶催化L-赖氨酸脱羧;然而，固定化产率和活性保留分别仅为30.5%和8.04%[62]。因此，无论是使用游离酶还是固定化酶，通过直接酶催化来生产尸胺仍然是不切实际的另一方面，利用代谢工程菌直接发酵或全细胞生物转化L-赖氨酸生产尸胺也取得了很大进展。3.1. 尸胺生产在发酵尸胺生产中，最常用的生产菌株是从常规的L-赖氨酸原酶改造而来的图二、尸胺在大肠杆菌中生物合成的调控。 杆菌W. Ma等人/工程3（2017）308311杜塞角谷氨酸杆菌，其首先由Kinoshita等人在1957年分离[63]，并且其已经被持续优化用于L-赖氨酸生产长达50年[7]。 特别是近年来，代谢工程对C. glutamicum[64 - 69]，在30 h内分批补料培养，L -赖氨酸产量为120 g·L-1，产率为4 g·（L·h）-1，产量为0.55 g（赖氨酸）·g（葡萄糖）-1 [7，70]。目前，全球L-赖氨酸年产量约为2 × 106t.谷氨酸[71]。由于其在L -赖氨酸生产中的优异性能，C.谷氨酸菌是第一批被工程化用于发酵尸胺生产的菌种之一。在原理的第一个证明中，Mimitsuka等人[72]构建了L-高丝氨酸营养缺陷型C.谷氨酸，在图3.第三章。含尸胺肽聚糖的化学结构。MurNAc和GlcNAc分别指N-乙酰胞壁酸和N-乙酰葡糖胺其中L-高丝氨酸脱氢酶基因（hom）被赖氨酸脱羧酶基因（cadA）取代。coli，发酵18 h，尸胺产量为2.6g·L-1。但发酵液中仍残留有2.3g·L-1 L -赖氨酸，推测是由于C.谷氨酸。因此，赖氨酸脱羧酶活性被细胞内高浓度的尸胺抑制。这一假设得到了李等人的证实。[73]，他们构建了一个工程化的C。通过共表达E.大肠杆菌尸胺/赖氨酸反向转运蛋白CadB和蜂房哈夫尼菌（H. alvei）赖氨酸脱羧酶。结果显示，尸胺分泌率增加了22%，总尸胺和细胞外尸胺的产量分别增加了30%和73%[73]。Matsushima等人[74]通过在指数中期添加吐温40进行了一项关于细胞渗透性调节的类似研究，与不添加吐温40的培养相比，导致尸胺产量增加1.5倍。利用C. 谷氨酰胺，谷氨酰胺[42]这是一个由Kind等人完成的实验。利用转录组分析，他们鉴定出一个主要的易化超家族通透酶cg2893，它是C.谷氨酸，并随后检查CG 2893过表达对尸胺产生的影响。他们的结果显示，产品产率提高了20%，比生产率提高了40%[61]。尸胺产生菌C.然后从L-赖氨酸高产菌C.谷氨酸杆菌LYS-12 [70]的基因组表达：colildcC; N-乙酰转移酶NCgl 1469和赖氨酸输出子（lysE）的缺失;以及通过用sod启动子替换天然启动子来过表达过氧化物酶cg2893。DAP-16的补料分批发酵在50 h内产生88 g·LBuschke等人[76]也有助于提高尸胺的产量。他们使用在尸胺生产者C中葡萄糖和木糖作为唯一碳源的fluxome和转录组的系统范围比较，靶向限制五碳糖的尸胺生产性能的基因。谷氨酸DAP-Xyl 1。接下来，他们构建了尸胺生产者C。谷氨酸DAP-Xyl 2具有以下特征：果糖二磷酸酶（fbp）和整个tkt操纵子过表达;异柠檬酸脱氢酶（icd）减弱; L-赖氨酸输出蛋白（lysE）和见图4。基于尸体的铁载体。312W. Ma等人/工程3（2017）308敲除N-乙酰转移酶（cg 1722），并从大肠杆菌中获得木糖异构酶（xylA）和木酮糖激酶（xylB）。大肠杆菌。因此，C.谷氨酸DAP-Xyl 2在补料分批工艺中从木糖获得103 g·L-1尸胺，产物收率为32%[76]。除C. glutamicum、E.大肠杆菌是一种有竞争力的L-赖氨酸生产菌，已被改造用于生产尸胺。E. 杆菌和C. glutamicum具有相似的L -赖氨酸生物合成途径和代谢调控，因此E.大肠杆菌进行了系统的工程改造和发酵生产L-赖氨酸[77 - 8 0 ] ， L -赖 氨 酸 产 量 为 13 6 g · L - 1 ， 产 率 为2.8 g·（L·h）然而，E.大肠杆菌生产尸胺的研究尚不广泛，代谢工程大肠杆菌生产的尸胺效价最高。 大肠杆菌的产酶量仅为9.61g·L-1 ，0.32 g·（L·h）L -赖氨酸在大肠杆菌中转化为尸胺的速率较低可能有两个原因. 杆菌第一个是E. 大肠杆菌对尸胺的耐受性较低，0.3-0.5mol·L-1尸胺作用8h后，细胞生长受到抑制，并导致细胞溶解[10];杆菌已显示尸胺与细菌孔蛋白OmpC和OmpF相互作用，以浓度依赖性方式诱导孔蛋白闭合[82，83]，并且这种作用的程度在周质侧比在细胞外侧更大[84]。结果，营养物的吸收和有害代谢物的流出减少，这停止了L-赖氨酸向尸胺的生物转化。自E. 大肠杆菌具有相当大的生产大量L-赖氨酸的能力，并且在L-赖氨酸脱羧酶活性方面具有竞争优势[12]，它是用于发酵生产卡达维林的最有前途的菌种，并且没有被充分利用。已经进行了几项研究，用于生产尸胺Tateno等人[85]开发了一种使用工程C. glutamicum的α-淀粉酶和E. 大肠杆菌，尸胺滴度达到2.24 g·L在过量表达大肠杆菌的甲醇芽孢杆菌中，也对甲醇作为尸胺发酵碳源的可行性进行了评估。coliCadA，通过高细胞密度补料分批发酵，尸胺的体积校正浓度为11.3g·L-1 [86]。3.2. 通过全细胞生物转化全细胞生物转化法由于其方便、高效、产物浓度高、纯度高、降低了产物分离成本等优点，是一种很有前途的方法。此外，L-赖氨酸作为生产尸体的原材料在经济上是可行的，因为其生产有一个繁荣的百万吨工业[8]。与主要由C.全细胞生物过程主要由E. 杆菌Nishi等人[87]的专利中首次报道了使用全细胞生物转化生产尸胺。Nishi等[87]报道，使用E.在大肠杆菌中高效表达CadA，产酶活力为11.5g·（L·h）-1。在全细胞生物过程中，有限的渗透性是一个普遍存在的问题：细胞壁和细胞膜的天然屏障功能限制了起始材料进入细胞的运输，以及细胞中积累的产物的释放[88，89]。因此，有效的底物和产物输送系统是重要的全细胞生物转化。有几种方法可以降低渗透性屏障，包括化学（例如，通过加入洗涤剂或溶剂）或物理（例如，温度冲击）处理[90]。然而，这些处理可能会损坏生物催化剂，并为下游工艺带来进一步的困难[88]。相比之下，通过遗传方法调节细胞通透性更有前途。 在E.在大肠杆菌中，存在赖氨酸/尸胺反向转运蛋白（CadB），其促进尸胺排泄并协调尸胺排泄与赖氨酸摄取，其仅由浓度梯度驱动而没有其他能量输入[29，91]。Ma等人首先研究了CadB过表达对生物催化剂活性的影响[11]. 他们的结果表明，CadA和CadB与来自胡萝卜软腐欧文氏菌的果胶酸裂解酶的N-末端融合pelB信号肽的共过表达在降低生物催化剂渗透性屏障方面是有效的得到的菌株BL-DAB产尸胺的效价为221 ± 6 g·L-1，摩尔产率为92% [11]。吡哆醛5′-磷酸（PLP），赖氨酸脱羧酶的辅因子，酶，对于全细胞活性至关重要。赖氨酸脱羧酶的活性与PLP的量呈正相关，最大活性出现在1.0-1.2 mol（PLP）·mol（蛋白质）-1的比值处Kim等人[92]报道了在全细胞生物转化过程中，当不加入PLP时，只有20%的1 mol·L-1 L -赖氨酸脱羧为尸胺，而加入0.025mmol·L-1PLP时PLP还可以通过在生物催化中增强细胞内PLP合成来自我供应。例如，Ma等人[93]构建了全细胞生物催化剂E. coli AST 3，通过将枯草芽孢杆菌的PLP合成途径（R5 P途径）引入CadA/CadB过表达菌株BL-DAB中，提高了PLP的合成。 这个E。优化共表达蛋白和培养条件后，大肠杆菌生物催化剂能够在细胞内积累PLP，其浓度为1051 nmol·g（DCW）-1 （DCW ： 细 胞 干 重 ）。结果，在不添加PLP的情况下，细胞死亡率达到28 g·[g（DCW）·h]底物L-赖氨酸浓度对生物催化活性还研究了活性。Oh等[12]报道，在细胞浓缩至OD 600为10的生物转化系统中，初始L-赖氨酸浓度增加至150 g·L最后，通过优化L-赖氨酸补料策略可以缓解底物抑制[11]。另一个研究重点是维持生物催化剂活性，在全细胞生物转化过程中，随着尸胺浓度的增加，生物催化剂活性显著降低。Oh等[12]报道，L-赖氨酸的初始消耗速率可达到40.42 mmol·（L·h）细胞裂解可能是这种下降的原因之一，因此，固定化细胞用于尸胺生产的应用进行了研究。Bhatia等人[94]检查了尸胺生产过程中游离和固定化细胞的失活能（Ed）。结果表明，固定化细胞的Ed比游离细胞高约10%，为 66.7kJ·mol56.9kJ·mol固定化细胞在18个反应循环后保留56%的活性，而游离细胞在10个反应循环后完全失去催化活性[94]。这些结果表明，固定化技术的应用是有效的，以保持生物催化剂的活性。除了来自E.大肠杆菌中，报道了组成型赖氨酸脱羧酶LdcC在全细胞生物催化剂制备中的应用。在含192.6g·L-1 L -赖氨酸的发酵液中，该菌株120 h可产尸胺133.7g·LLi等人[95]研究了使用来自产酸克雷伯氏菌的密码子优化的赖氨酸脱羧酶的尸胺的生物转化，该酶被引入到W. Ma等人/工程3（2017）308313E. coli MG 1655中表达，并在P tac启动子的控制下过量表达。所得菌株LN 24将L-赖氨酸转化为尸胺，转化率为0.133%（min·g）此外，H.通过易错聚合酶链反应和DNA改组技术对alvei AS1.1009进行突变，将突变体LDC E583G导入E. coliJM 109，构建了一种用于尸胺生产的全细胞生物催化剂。在5 h全细胞生物转化过程中，所得生物催化剂产生63.9 g·L3.3. 尸胺的分离纯化尸胺的分离和纯化方法是根据其他二胺的经验开发的。溶剂萃取法具有能耗低、选择性高、分离效率高、设备简单、操作方便等优点，是目前最常用的方法。为了确定从发酵液中提取尸胺的合适溶剂，比较了尸胺在正丁醇、2-丁醇、2-辛醇和环己醇中的分配系数，结果表明正丁醇更适合尸胺提取[75]。同时，还研究了尸胺在4-壬基苯酚、二-2-乙基己基磷酸、Versatic酸1019、二壬基萘磺酸和对辛基苯甲醛中的分配系数。结果表明，4-壬基酚是一种合适的萃取剂，经过一步萃取和反萃取，可以从发酵液中提取90%以上的尸胺[97]。相分离后，尸胺可通过色谱法、蒸馏或沉淀从含尸胺相中回收，并与合适的酸形成盐[9，98]。在这些措施中，蒸馏是在工业规模上用于尸胺纯化的有前景的方法;然而，蒸馏的具体条件取决于实际因素，例如萃取相中尸胺的浓度和萃取剂的性质。为了避免在高温蒸馏过程中尸胺分解，在最近的专利申请中提出了使用高沸点溶剂的纯化方法[99]。该方法包括向蒸馏系统中加入高沸点溶剂，例如C14烷烃或C11/C14烷烃混合物，以改善减压蒸馏期间的流动性因此，在130 °C的较低加热温度下，可以回收几乎100%的尸胺，这比尸胺的沸点低50 °C虽然尸胺的分离纯化已取得了许多进展，但尚未成功地进行工业化应用办妥了一批多年想纯度高于99.5%是单体有效分离的基本前提，因此，发展生物基尸胺的分离纯化技术，以满足工业化生产的需要至关重要。4. 尸胺在生物基聚酰胺中的应用4.1. 生物基聚酰胺生物基聚酰胺（尼龙）的研究始于20世纪40年代，由于经济和环境因素，近年来已成为一个重要的焦点领域。根据欧洲生物塑料公司的统计数据，2014年全球生物基塑料产量约为1.7 ×106t，到2019年将达到7.8 × 106t[100]。目前，商业化的生物基聚酰胺包括完全生物基聚酰胺（例如， PA 11和PA 1010）和部分生物基聚酰胺（例如，PA 610、PA 1012、PA 410、PA 10T等）;表1 [101-105]列出了每种产品的分类和生产商。使用的主要生物基单体是癸二酸、癸烷-1，10-二胺和ω-氨基-十一烷酸，它们都由蓖麻油制备，如图所示。 5 [106-108]。除了上面讨论的商业化的生物基聚酰胺之外，一些新型的完全生物基聚酰胺正在被广泛研究，例如生物基PA 46、PA 6和PA 5X。全生物基PA 46由生物基己二酸和腐胺聚合而成已经开发了几种使用不同的可再生材料来生产生物基己二酸的合成方法。例如，Draths等人[109]和van Duuren等人[110]开发了一种发酵方法和一种酶催化方法，以从D-葡萄糖合成粘康酸，随后通过将粘康酸氢化为己二酸。Lange等人[111]报道了一种通过酸水解由纤维素合成乙酰丙酸的方法;然后将乙酰丙酸氢化和脱水以生成γ-戊内酯，然后进行酯交换、加成反应和水解反应以获得己二酸。Boussie等人[112]发明了一种通过葡萄糖二酸氢化生产己二酸的方法，葡萄糖二酸可以通过葡萄糖的催化氧化获得。腐胺生物合成的研究也在进行中。Schneider等人[113]研究了使用基因工程C.发酵液中腐胺效价为19 g·L-1，产率为0.16g（腐胺）·g（葡萄糖）-1， 容 积生 产 率为0.55g· （L·h ）-1。Qian等人[114]报道了利用工程菌发酵生产腐胺，其效价为24.2g·L-1，容积生产率为0.75g·（L·h）-1。杆菌尼龙6单体己内酰胺的生产研究也取得了一些进展。己内酰胺可以从L-赖氨酸获得表1生物基聚酰胺的分类和生产商。分类单体材料生物基含量（%）生产者PA 11[101]ω-氨基十一酸蓖麻油100.0阿科玛、苏州海普罗聚合物、沙特基础工业公司PA 1010[102]癸二酸蓖麻油100.0阿科玛、杜邦、赢创癸二胺PA 610[103]癸二酸蓖麻油63.5SABIC、东丽、杜邦、巴斯夫六亚丁二烯PA 1012[104]十二烷二酸烷烃42.9赢创Arkema癸二胺蓖麻油[105]第105话癸二酸蓖麻油69.7DSM腐胺丙烯腈PA 10T[102]对苯二甲酸苯51.8赢创，Kingfa癸二胺蓖麻油314W. Ma等人/工程3（2017）308图五、 蓖麻油转化为癸二酸、癸烷-1，10-二胺和ω-氨基-十一烷酸。通过催化转化[115]或通过酸催化[116]从γ-戊内酯（纤维素水解产物的一种组分）。在公元-表2PA 6、PA 66、PA 56和PA 510的材料特性从生物基尸胺而不是从石油基己二胺合成聚酰胺。使用尸胺聚合与适当的生物嵌段，如琥珀酸、己二酸或癸二酸，分别产生完全生物基的聚酰胺家族PA 5X，如PA 54、PA 56和PA 510与从不可再生化石燃料中获得的PA 66相比，尸胺基聚酰胺还具有优异的拉伸强度、高熔点和耐有机溶剂性;因此，它们可以在许多应用中用于替代PA 66表2比较了PA 6、PA 66、PA 56和PA 510的几种材料性能[75，105，118]。PA 56由于其高吸水性和低玻璃化转变温度而在纺织纤维的制备中具有竞争优势。PA 56的高吸水性赋予了纤维优异的吸湿性能，使人们穿着舒适，防止静电。低的玻璃化转变温度有利于材料的耐低温性能，因此由这些纺织品制成的衣服在高海拔地区不会变脆此外，PA 56具有具有优异的强度和韧性以及优异的耐磨性，这使得由这种纺织品制成的衣服更加耐用[118]。PA 510由尸胺和癸二酸合成，具有低吸水性、出色的低温冲击强度和尺寸稳定性[75];因此，它可以应用于常规聚酰胺不适用的领域。PA 510在机械、电子电器、无线电技术等工业领域和日常生活用品中具有广泛的应用前景，可用于制造工业零件、减摩材料、电绝缘等。此外，PA 510密度低，非常适合汽车、飞机和其他车辆，可减轻车辆重量，从而实现节能和环保。然而，由于高性能PA 5X尚未商品化，因此尚未以工业规模生产高纯度尸胺其他基于尸胺的完全生物基尼龙的研究仍处于早期阶段[119]，但基于尸胺的另外，从己二酸，己二腈，性能PA 6PA 66PA 56PA 5101，3-丁二烯、6-氨基己酸、己二酰胺和粘康酸熔点（°C）220260253215据报道[117]。玻璃化转变温度（°C）54605550密度（g·cm1.141.141.141.074.2.生物基聚酰胺5X吸水率（%）3.02.83.31.8近年来，人们进行了许多研究，W. Ma等人/工程3（2017）308315PA 5X因其优异的性能和环境友好的特点，具有广阔的应用前景5. 对未来发展的展望和建议尸胺的生物合成研究尚处于起步阶段，许多因素制约了其大规模工业化生产。尸胺对菌种的毒性作用是制约其产业化的因素之一。进一步研究细胞损伤机制，为生产菌株的特异性工程改造和发酵条件的优化提供依据。对于全细胞催化，物质在细胞中的转运和催化反应的机制需要进一步研究。此外，从发酵经济学的角度来看，L-赖氨酸脱羧过程中释放一分子二氧化碳（CO2）会使碳循环失衡，并因此，CO2回收是降低尸胺生产成本的关键问题。通过筛选还可以降低尸胺的生产成本构建和工程化赖氨酸脱羧酶。 目前常用的赖氨酸脱羧酶是来自大肠杆菌的CadA蛋白。 杆菌虽然该酶具有比其它赖氨酸脱羧酶更高的脱羧酶活性，但它受到严重的底物和产物抑制。此外，CadA只能在温和的酸性条件（pH 5-6.8）下保持催化活性为满足溶剂萃取法分离尸胺的要求，发酵液（或转化液）需要碱性（pH > 12），而生产过程中需要弱酸性条件这一明显的矛盾导致整个过程中酸碱消耗过多，不仅增加了生产成本，而且制约了清洁生产。因此，筛选具有碱性抗性的新型赖氨酸脱羧酶或使用分子和合成生物学方法（如定点诱变和定向进化）工程化赖氨酸脱羧酶可以进行以减少底物和产物抑制并增强酸/碱稳定性。这些步骤可以大大提高尸胺的收率和产率，降低酸碱消耗和生产成本。确认本工作得到了国家重点研究发展计划（2016YFA0204300）、国家自然科学基金（21390200，31440024）和甘肃省科技厅科技支撑计划（1304FKCE106）的资助。遵守道德操守准则马伟超、陈克泉、李岩、郝宁、王欣和欧阳平凯声明他们没有利益冲突或财务冲突需要披露。引用[1]莫罗群岛赖氨酸脱羧酶CadA保护缺乏磷酸盐的大肠杆菌抵抗发酵酸。J Bacteriol2007;189（6）：2249[2]Samartzidou H，Mehrazin M，Xu Z，Benedik MJ，Delcour AH.孔蛋白的尸胺降解在酸性pH下的细胞存活中起作用. J Bacteriol 2003;185（1）：13-9.[3]杨文，李文，等.植物生长调节剂对植物生长的调节作用.中国植物学报，2001，14（1）：111 - 112. 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