手性NAD类似物合成及其辅酶应用

作     者：李青 刘武军 郭潇佳 王倩 赵宗保 LI Qing;LIU Wujun;GUO Xiaojia;WANG Qian;ZHAO Zongbao

作者机构：中国科学院大连化学物理研究所生物技术研究部辽宁大连116023 中国科学院大学北京100049 

出 版 物：《化工进展》 (Chemical Industry and Engineering Progress)

年 卷 期：2021年第40卷第9期

页      面：5214-5221页

核心收录：

学科分类：0710[理学-生物学] 071010[理学-生物化学与分子生物学] 081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

基　　金：国家自然科学基金(21877112,32001028) 国家重点研发计划(2019YFA0904900) 

主　　题：生物催化 辅酶 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸类似物 立体化学 氧化还原酶 

摘      要：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)是生命体中必不可少的氧化还原辅因子。NAD具有β-NAD和α-NAD两种差向异构体,而大多数NAD依赖酶偏好β-NAD。近年来,已合成大量结构简化的NAD类似物,并探索其作为氧化还原辅因子应用于生物催化反应。通常认为酶天然具有立体选择性,而很多结构简化的NAD类似物不含手性中心,暗示有必要合成手性NAD类似物以评估其性能。本研究拟设计合成手性NAD类似物,并初步探讨部分氧化还原酶利用它们作为辅酶的催化性能。以商品化光学纯的氨基-3-苯基丙酸为手性原料,合成了两对NAD类似物对映体,并用来源于巨芽孢杆菌的突变型细胞色素P450单加氧酶(P450 BM3 R966D/W1046S)和来源于硫化叶菌的突变型葡萄糖脱氢酶(SsGDH I192T/V306I),测试这些NAD类似物作为辅酶的催化活性。结果发现,P450 BM3 R966D/W1046S利用还原型S构型NAD类似物的催化效率高于对应的R构型NAD类似物;而SsGDH I192T/V306I则对NAD类似物对映体均没有活性。研究初步表明,氨基酸可作为手性原料制备立体构型明确的NAD类似物,而氧化还原酶表现出偏好特定手性NAD类似物的现象,也提示需要合成更多的手性NAD类似物,并系统测试和匹配氧化还原酶及其突变体,以创建出基于辅酶依赖型氧化还原酶的新催化体系。