基于量子力学分析β-内酰胺合成酶合成吡拉西坦中间体的机制

作     者：马文哲 宋伟 魏婉清 吴静 刘立明 MA Wenzhe;SONG Wei;WEI Wanqing;WU Jing;LIU Liming

作者机构：江南大学生物工程学院工业生物技术教育部重点实验室江苏无锡214122 江南大学生命科学与健康工程学院江苏无锡214122 

出 版 物：《化工学报》 (CIESC Journal)

年 卷 期：2024年第75卷第12期

页      面：4712-4722页

核心收录：

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2021YFC2102700) 国家自然科学基金项目(22378165) 

主　　题：2-(氧代吡咯烷-1基)-乙酸 生物催化 内酰胺化 分子模拟 反应能垒 计算化学 

摘      要：2-(氧代吡咯烷-1基)-乙酸(2-OAA)是合成吡拉西坦的重要前体,在医药合成领域起着关键作用。然而,目前尚未对2-OAA的生物合成方法和机制进行研究。为了填补这一研究空白,首先根据相似反应原则对β-内酰胺合成酶进行筛选,得到了一种来自于Streptomyces fulvorobeus的酶(SfAsnA),该酶可以在水相中合成2-OAA,其酶活达到109.8 U/g,总转化数(TTN)可达79.02。随后,对SfAsnA进行蛋白模型构建与底物对接分析,以确定底物在酶活性中心的结合方式。然后,对合成2-OAA的本底反应机制进行详细分析,确定了目标反应的化学合成机制和势能面。最后,对酶促反应机制进行研究,并通过对催化双联体(Y254和E288)进行突变验证,进一步确定了SfAsnA催化2-OAA合成的机制以及该双联体在目标反应中的关键作用,为酶法合成2-OAA提供了理论基础。