天津工業生物所單胺氧化酶研究取得新進展

發布時間：2014-05-26 15:55 原文鏈接：天津工業生物所單胺氧化酶研究取得新進展

　　手性胺是許多醫藥、農藥等精細化學品的重要結構單元，也是不對稱催化反應及手性拆分的重要手性配體。因此，美國化學會綠色化學研究所的Pharmaceutical Round Table將手性胺的合成列為有機合成的關鍵挑戰之一。單胺氧化酶可以在環境友好的條件下，高立體選擇性地氧化消旋體底物中一種構型的碳氮單鍵生成碳氮雙鍵（C=N），如果反應體系中加入非選擇性的還原劑（如：硼銨）則可以將消旋體的胺底物去消旋化得到單一構型的手性胺，最高理論產率能達到100%。這種生物催化方法可以作為化學催化方法的替代或補充，因此單胺氧化酶是一類非常重要的生物催化劑。

　　中國科學院天津工業生物技術研究所朱敦明研究員和吳洽慶研究員帶領的生物催化團隊通過與加拿大國家研究委員會Peter C. K. Lau教授（中國科學院外國專家特聘研究員）合作，基于結構分析比對，對一種來源于氧化短桿菌的環己胺氧化酶（cyclohexylamine oxidase，CHAO）進行了功能位點分析、定點突變和底物特異性研究。研究結果表明：突變體酶M226A和L353M對底物的活力分別提高了5–400 %（M226A）和 7–445 %（L353M）。使用突變體酶L353M結合硼銨去消旋化成功實現了對抗抑郁藥物Norsertraline手性前體(R)-1,2,3,4-四氫-1-萘胺的合成，分離產率為76%，ee值大于99%。顯示出該酶及其突變體在手性胺合成當中的應用潛力。

　　雖然該酶及其突變體酶（M226A和L353M等）對一級胺底物表現出較高的立體選擇性和底物廣譜性，但是對大部分二級胺底物活力較低或無活力，而二級胺底物中喹啉的衍生物是手性胺類藥物分子的關鍵手性結構單元之一，具有重要的應用價值。為了進一步挖掘該酶的應用潛力，研究團隊以喹啉衍生物中最簡單的2-甲基四氫喹啉作為篩選底物對環己胺氧化酶CHAO進行了分子改造，采用定點飽和突變以及疊加飽和突變結合平板顯色高通量篩選方法對CHAO進行了三輪進化篩選獲得了6個活力提高的突變體酶（T198F，L199T，M226F，Y459T，T198FL199S，T198FL199SM226F）。底物特異性研究發現，相對于野生型酶6個突變體酶對2-甲基四氫喹啉及其衍生物活力都有明顯提高，其中突變體酶T198FL199SM226F對2-甲基四氫喹啉的活力提高了將近100倍，突變體酶Y459T對2-烯丙基四氫喹啉，2-芐基四氫喹啉和2-苯基四氫喹啉的活力提高均超過14倍。使用突變體酶（T198FL199SM226F）結合硼銨去消旋化成功實現了對(R)-2-甲基四氫喹啉的合成，分離產率為76%，ee值為98%。研究結果表明分子改造獲得的突變體酶在四氫喹啉衍生物的合成當中具有極大的應用潛力。

　　研究成果以論文形式在Applied Microbiology and Biotechnology（第一作者為：博士研究生李廣悅）和ACS catalysis（博士研究生李廣悅和任杰為并列第一作者）上發表，其中發表在ACS catalysis 上的論文被選為封面文章。

　　本研究項目得到科技部973計劃、國家自然科學基金及中國科學院外國專家特聘研究員計劃的資助。