利用微生物重组技术促进羰基不对称还原研究进展

手性醇是许多手性药物合成的关键手性砌块,利用微生物细胞催化相应前手性羰基化合物不对称还原,是合成手性醇的重要方法之一。但应用野生微生物催化时,反应的时空产率、立体选择性较低。详细介绍了利用微生物重组技术以促进前手性羰基化合物不对称还原反应合成手性醇的国内外研究进展。从酶的种类、表达系统以及辅酶再生系统3个方面对重组细胞催化反应体系的构建进行了概述。同时按照反应底物的类型,对重组微生物在催化不同类型羰基化合物不对称还原合成手性醇中的应用分别进行了归纳和介绍。     

还原酶催化羰基不对称还原的应用进展

羰基不对称还原作为合成手性醇的重要方法,已成为近年来有机合成的研究热点。与传统化学法相比,利用还原酶催化前手性羰基化合物的不对称还原具有显著优势。介绍了还原酶的来源与形式,对完整细胞还原酶与游离还原酶在手性药物不对称合成中的应用进行了简要综述。     

NAD(P)H依赖型氧化还原酶不对称还原胺化制备手性胺的研究进展

不对称还原胺化反应是制备医药中间体手性胺结构单元的重要反应。目前已有许多不同种类的酶被应用于合成手性胺,其中NAD(P)H依赖型氧化还原酶催化的还原胺化反应最为引人注目,因为其能够一步将潜手性酮化合物完全转化为光学纯的手性胺化合物。文中以亚胺还原酶、氨基酸脱氢酶、冠瘿碱脱氢酶和还原性酮胺化酶为例,从NAD(P)H依赖型氧化还原酶的结构特征、作用机理、分子改造及催化应用等方面,综述了其在不对称还原胺化合成手性胺领域的研究进展。     

重组基因工程菌在不对称还原羰基化合物中的应用

手性醇是药物合成的重要手性砌块,利用生物催化剂不对称还原羰基化合物是手性醇制备的重要方法。介绍了生物催化还原羰基化合物的反应原理及特点,综述了重组基因工程菌的构建及其在不对称还原羰基化合物中的应用情况,展望了今后研究发展的方向。     

高通量筛选具有催化活性和立体选择性羰基还原酶

根据羰基还原酶催化可逆氧化还原反应的原理,利用与偶氮还原酶催化偶氮染料还原反应耦合的颜色变化,建立了一种新的羰基还原酶筛选方法。由于羰基还原酶在催化醇底物氧化反应时会产生NAD(P)H,当在反应体系中加入偶氮还原酶AzoB和偶氮染料金橙Ⅰ的时候,偶氮还原酶可以利用NAD(P)H作为电子的供体与底物金橙Ⅰ发生反应,导致反应体系颜色的变化,这样就能够根据明显的颜色变化推断出该羰基还原酶是否对所选底物表现出特定的活性,进而可以筛选出有活性的羰基还原酶。同时,使用不同构型的手性醇作为底物时,根据体系的颜色变化,可以实现羰基还原酶的活性和立体选择性的同时筛选。     

定点突变改变近平滑假丝酵母SCRⅡ催化苯乙酮衍生物底物谱

【目的】通过定点突变技术,改变近平滑假丝酵母短链羰基还原酶Ⅱ(SCRⅡ)催化苯乙酮衍生物的功能,为数种手性芳香醇的生产提供一种高效、安全的新型制备方法。【方法】通过氨基酸序列和蛋白结构比对的方法,选择SCRⅡ的底物结合域中关键氨基酸位点E228实施突变,构建相应的突变株Escherichia coliBL21/pET28a-E228S;以苯乙酮衍生物为底物,对突变株的酶活和生物转化功能进行了分析。【结果】酶活测定结果表明:突变株E.coli BL21/pET28a-E228S催化原始底物2-羟基苯乙酮的酶活仅为原始酶活的25%左右;而催化苯乙酮、4’-甲基苯乙酮、4’-氯苯乙酮的酶活是突变前的7-20倍。突变株E.coli BL21/pET28a-E228S生物转化2-羟基苯乙酮,获得产物(S)-苯基乙二醇的得率不超过10%,而以苯乙酮、4’-甲基苯乙酮、4’-氯苯乙酮为底物时,生物转化产物光学纯度维持在99%,得率高达80%以上。【结论】对底物结合域中的关键氨基酸实施突变,提高了SCRⅡ催化苯乙酮衍生物的底物广谱性,拓展了该酶的生物功能,为理性改造短链羰基还原酶的不对称还原催化功能和手性芳香醇的制备提供了新型途径。     

一种来源于毕赤酵母的高对映选择性羰基还原酶的性质及底物谱分析

手性醇是一类非常重要的化合物,羰基还原酶催化酮的不对称还原生成对应的手性醇.从毕赤酵母Pichia pastoris GS115基因组数据中找到一个潜在的NADPH依赖的羰基还原酶,研究毕赤酵母 P.pastoris GS115中的羰基还原酶.根据其核酸序列设计引物,从P.pastoris GS115基因组中扩增到目的基因ppcr,大肠杆菌BL21 (DE3)中表达,Ni-NTA纯化,对酶的性质和底物谱进行了研究.PPCR的最适反应温度为35℃,最适反应pH为6.0,低于45℃时有很好的稳定性.对3-甲基-2-羰基丁酸乙酯的Km和kcat分别为9.48 mmol/L和0.12 s-1. PPCR表现出广泛的底物谱和很高的对映选择性,对醛、α-酮酯、芳香族β-酮酯及芳香族酮都表现出了很好的活性,在测定的底物中,除极少数底物外,ee值均达到97％以上.因此,PPCR具有较好的应用前景.     

生物催化立体选择性氧化还原中存在问题及其发展策略

以立体选择性氧化还原酶或其全细胞催化的不对称氧化还原反应已经成为转化光学活性手性醇及其他手性化合物的有效手段。然而,生物催化氧化还原反应体系存在着催化活性与专一性、反应体系与催化稳定性等生物催化剂所固有的局限性问题,而且,生物氧化还原反应必需辅酶及其再生问题也是限制该转化途径产业化应用的一个重要因素。围绕上述生物催化立体选择性氧化还原中存在的关键问题,现代分子生物技术及反应工程的不断突破和发展为改善生物催化立体选择性氧化还原在催化剂本身和反应工程方面的局限性提供了有效的发展策略,为其进一步大规模产业应用提供了发展基础。     

ω-转氨酶分子改造研究进展

ω-转氨酶能催化羰基化合物发生不对称还原胺化反应,在制备手性胺类化合物方面具有较好的应用前景。由于底物结合区域特殊的空间结构,野生型ω-转氨酶在合成大位阻手性胺方面的应用受到了限制。此外,在立体选择性和稳定性方面这一类酶也存在一些不足,目前满足工业应用需求的ω-转氨酶仍较为有限。文中首先介绍了ω-转氨酶的结构特征和催化机制,并探讨S型和R型酶在结构特征方面的主要差异。然后对ω-转氨酶的分子改造研究进行了综述,重点阐述了基于结构特征和催化机制进行的分子改造研究,包括底物特异性改造、立体选择性改造和稳定性改造三方面。最后,对ω-转氨酶分子改造研究进展进行总结和展望。     

w-转氨酶分子改造研究进展

ω-转氨酶能催化羰基化合物发生不对称还原胺化反应,在制备手性胺类化合物方面具有较好的应用前景。由于底物结合区域特殊的空间结构,野生型ω-转氨酶在合成大位阻手性胺方面的应用受到了限制。此外,在立体选择性和稳定性方面这一类酶也存在一些不足,目前满足工业应用需求的ω-转氨酶仍较为有限。文中首先介绍了ω-转氨酶的结构特征和催化机制,并探讨S型和R型酶在结构特征方面的主要差异。然后对ω-转氨酶的分子改造研究进行了综述,重点阐述了基于结构特征和催化机制进行的分子改造研究,包括底物特异性改造、立体选择性改造和稳定性改造三方面。最后,对ω-转氨酶分子改造研究进展进行总结和展望。     

微生物来源羰基还原酶分子改造研究进展

羰基还原酶具有高度的立体选择性和催化活性,是生物催化合成手性化合物中应用最为广泛的催化剂之一。由于天然来源的羰基还原酶表达水平低、分离纯化困难以及催化效率不理想等原因,限制了羰基还原酶的工业化应用。利用基因工程技术对羰基还原酶进行分子改造,可显著提高其催化活性。本文中,笔者就羰基还原酶体外分子改造的不同策略、研究进展及其成果进行综述,总结其分子改造的一般规律,展望其发展方向,为微生物来源羰基还原酶的体外分子改造研究提供借鉴。     

羰基还原酶不对称还原（R）-6-氰基-5-羟基-3-羰基己酸叔丁酯

选择R-羰基还原酶和葡萄糖脱氢酶双酶,协同催化（R）-6-氰基5-羟基-3-羰基己酸叔丁酯不对称还原制备阿托伐他汀关键手性合成子6-氰基-（3R,5R）-二羟基已酸叔丁酯。转化条件优化结果显示：在不添加外源性辅酶NADP（H）、菌体用量15．0g/L、147．0g/L（R）-6-氰基-5-羟基-3-羰基己酸叔丁酯、128．2g／L葡萄糖,30℃、pH6．5条件下反应6h后,底物转化率达到100％,产物d．e．值大于99．5％。     

伴有辅酶原位再生的胞外酶耦合法制备（R）-苯基乙二醇

经5轮诱变筛选,从近平滑假丝酵母（Candida parapsilosis CICC1676）中分离得到产NADH依赖型羰基还原酶（Carbonyl reductase,CR）菌株CP-9。所产羰基还原酶（CRCp-9）经两步快速纯化获得纯化倍数为11．5倍,比活力为1．84 U/mg的酶液,其还原反应的最适pH值为6．5,最适温度为40℃。该酶转化β-羟基苯乙酮制备手性化合物（R）-苯基乙二醇,因此是（R）-专一性羰基还原酶。该酶与NADH普适性再生酶-甲酸脱氢酶（For-mate dehydrogenase,FDH）在胞外相耦联,构建伴有辅酶再生与反复利用的CR/FDH双酶催化制备立体醇体系,底物β-羟基苯乙酮转化率达95．4％,产物（R）-苯基乙二醇得率为93％,辅酶的总转化数（Total turn number, TTN）达267,产物e．e．值为98．6％,批次耦合反应生产能力达0．8 g/L/h,较单酶催化有较大提高,与细胞转化法相比也具有较好的生产能力。因此,伴有辅酶再生的胞外酶耦合催化具有潜在的制备手性醇化合物的工业应用价值。     

老黄酶OYE家族的蛋白质工程的研究进展 *

老黄酶OYE家族酶是一类广泛分布的能够催化烯烃化合物不对称还原的酶类,其能够用于多种手性化合物的制备.分析了OYE家族酶的系统分类及催化反应类型,针对目前该类酶在应用过程中出现的稳定性差,活性低及底物特异性强等问题,综述了蛋白质工程方法对该类酶进行改造的研究进展,为深入研究该家族酶的催化机制及进一步改造提供参考,同时为进一步拓展OYE酶的工业化应用奠定基础.     

老黄酶OYE家族的蛋白质工程的研究进展

老黄酶OYE家族酶是一类广泛分布的能够催化烯烃化合物不对称还原的酶类,其能够用于多种手性化合物的制备。分析了OYE家族酶的系统分类及催化反应类型,针对目前该类酶在应用过程中出现的稳定性差、活性低及底物特异性强等问题,综述了蛋白质工程方法对该类酶进行改造的研究进展,为深入研究该家族酶的催化机制及进一步改造提供参考,同时为进一步拓展OYE酶的工业化应用奠定基础。     

不对称还原前手性芳香酮微生物的筛选及反应特性

含芳香基手性醇是许多手性药物合成的关键手性砌块,生物催化不对称还原前手性酮是合成该类醇的重要方法之一.以4'-氯-苯乙酮为模型底物,从土壤中筛选得到一株能高效催化前手性芳香酮不对称还原合成相应手性醇的菌株,鉴定表明该菌株为白地霉( Geotrichum candid ).进一步考察了其催化4'-氯-苯乙酮不对称还原的反应特性,发现还原4'-氯-苯乙酮的产物主要为 S-4'-氯苯乙醇.在合适的反应条件下,其产率达到35%,对映选择性高于97%.     

基于噁唑烷酮的不对称催化合成构建多官能化手性氨基酸类化合物

多官能化手性氨基酸及其衍生物是一类重要的手性药物以及合成手性药的关键中间体,如现在大量用于临床的左甲状腺素、赖诺普利、阿莫西林、缬沙坦、头孢氨苄以及青霉素等。进行多官能化手性氨基酸类化合物的不对称催化合成,可为新型化学药的设计与发现开辟新的视野。噁唑烷酮(Azlactone)被证明是合成四取代氨基酸衍生物的优秀底物。可通过不对称催化手段向其中引入需要的基团,再经多取代的噁唑烷酮直接开环得到一系列的目标化合物。本文主要综述了近年来基于恶唑烷酮的不对称催化反应构建四取代氨基酸类化合物的研究。     

Research Progress and Industrial Application of Leucine Dehydrogenase

微生物脱氢酶催化羰基不对称还原制备光学纯氨基酸及其衍生物具有非常大的优势.亮氨酸脱氢酶能选择性地催化α-酮酸,氨化还原得到α-氨基酸及其衍生物.本文综述了亮氨酸脱氢酶的来源,理化性质,底物特异性,酶基因工程菌构建等方面的内容及研究进展.从辅酶再生策略,酶膜反应器两方面讨论了其工业化应用,并展望了今后的发展前景.     

亮氨酸脱氢酶研究进展及其工业应用

微生物脱氢酶催化羰基不对称还原制备光学纯氨基酸及其衍生物具有非常大的优势。亮氨酸脱氢酶能选择性地催化α-酮酸,氨化还原得到α-氨基酸及其衍生物。本文综述了亮氨酸脱氢酶的来源,理化性质,底物特异性,酶基因工程菌构建等方面的内容及研究进展。从辅酶再生策略,酶膜反应器两方面讨论了其工业化应用,并展望了今后的发展前景。     

胺脱氢酶催化合成手性胺的机遇与挑战

光学纯的手性胺是一类重要的手性砌块,广泛应用于药物、天然产物、精细化学品等化合物的合成中。手性胺的酶促合成方法因立体选择性高、反应条件温和、反应过程绿色等优点,引起了学术界与工业界的广泛关注。近年来,一类新颖的胺脱氢酶被报道,其能够利用廉价氨作为氨基供体,催化酮的不对称还原胺化,成为一种有潜力的手性胺合成生物催化剂。在胺脱氢酶的发现、分子改造、底物谱拓展、过程强化、多酶级联构建等方面已取得了显著的进展。本文中,笔者对该类酶取得的研究进展进行总结,并预测其未来的研究趋势和应用中面临的机遇与挑战。