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多酶级联反应的构建及其在双官能团功能化学品合成中的应用

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生物工程学报 2023年第6期39卷 2158-2189页

作者：李举谋石焜张志钧许建和郁惠蕾华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室上海200237

利用多酶级联催化反应合成精细化学品是近年来生物催化领域的研究热点。通过构建体外多酶级联体系,可以替代传统的化学合成法,实现多种双官能团功能化学品的绿色合成。本文系统介绍了多酶级联催化反应中不同级联方式的特点及其构建策略... 详细信息

利用多酶级联催化反应合成精细化学品是近年来生物催化领域的研究热点。通过构建体外多酶级联体系,可以替代传统的化学合成法,实现多种双官能团功能化学品的绿色合成。本文系统介绍了多酶级联催化反应中不同级联方式的特点及其构建策略,总结了级联反应中元件酶常用的筛选方法、NAD(P)H和ATP等辅酶的再生策略及其在多酶级联反应中的应用,并且阐述了多酶级联催化反应体系在6种双官能团功能化学品,包括ω-氨基脂肪酸、烷基内酰胺、α,ω-二元羧酸、α,ω-二胺、α,ω-二醇、ω-氨基醇合成中的应用。

关键词：多酶级联构建策略辅酶再生生物催化双官能团化学品

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糖苷水解酶在糖苷合成中的应用概况

有机化学 2006年第8期26卷 1052-1058页

作者：郁惠蕾许建和林国强华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室上海200237 中国科学院上海有机化学研究所上海200032

糖苷是一类附加值很高的生理活性化合物;应用糖苷水解酶催化合成这类化合物具有很好的应用前景.综述了糖苷水解酶在催化寡糖、脂肪醇或芳香醇、多肽、萜类、酚类、生物碱以及抗生素等底物糖基化中的研究进展,着重说明了糖苷水解酶应用... 详细信息

糖苷是一类附加值很高的生理活性化合物;应用糖苷水解酶催化合成这类化合物具有很好的应用前景.综述了糖苷水解酶在催化寡糖、脂肪醇或芳香醇、多肽、萜类、酚类、生物碱以及抗生素等底物糖基化中的研究进展,着重说明了糖苷水解酶应用于合成反应的两种反应模式,即逆水解反应和转糖苷反应.另外还介绍了用于糖苷酶催化生产糖苷化合物的几类生物反应器.

关键词：糖苷酶糖苷合成反应模式生物反应器

近平滑假丝酵母细胞催化乙酰基三甲基硅烷不对称还原反应

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催化学报 2009年第12期30卷 1276-1280页

作者：娄文勇郭强郁惠蕾宗敏华华南理工大学轻工与食品学院制浆造纸工程国家重点实验室广东广州510640 华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室上海200237

采用近平滑假丝酵母细胞用于催化乙酰基三甲基硅烷不对称还原反应,可高选择性地生成(R)-1-三甲基硅乙醇.结果表明,固定化于海藻酸钙的细胞催化该反应的产物收率比游离细胞的高.不同辅底物对该反应的影响显著,以葡萄糖为辅底物时,反应的... 详细信息

采用近平滑假丝酵母细胞用于催化乙酰基三甲基硅烷不对称还原反应,可高选择性地生成(R)-1-三甲基硅乙醇.结果表明,固定化于海藻酸钙的细胞催化该反应的产物收率比游离细胞的高.不同辅底物对该反应的影响显著,以葡萄糖为辅底物时,反应的初速率较快,产物收率较高.该反应的最适条件为:辅底物(葡萄糖)浓度110mmol/L,振荡速度180r/min,缓冲液pH值6.0,反应温度30oC,底物浓度20mmol/L.在此反应条件下反应的初速率、产物收率和产物的ee值分别为11.4μmol/h,96.5%和99.9%.

关键词：近平滑假丝酵母细胞乙酰基三甲基硅烷 (R)-1-三甲基硅乙醇不对称还原

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非特异性过加氧酶(UPO)的研究综述

合成生物学 2022年第6期3卷 1235-1249页

作者：赖铭元韦健许建和郁惠蕾华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室上海200237

未活化的C—H键选择性插入活性氧是目前有机合成面临的最具挑战性之一。真菌非特异性过加氧酶(UPO)是一类高度糖基化的硫代血红素酶,催化的反应包括正构烷烃中未活化的C—H键的羟基化、烯烃和芳烃的环氧化、含杂原子(N、S)化合物的氧化... 详细信息

未活化的C—H键选择性插入活性氧是目前有机合成面临的最具挑战性之一。真菌非特异性过加氧酶(UPO)是一类高度糖基化的硫代血红素酶,催化的反应包括正构烷烃中未活化的C—H键的羟基化、烯烃和芳烃的环氧化、含杂原子(N、S)化合物的氧化、乙醚裂解、N-脱烷基化、脱酰化和酚类的单电子氧化。UPO以H2O2为氧供体与电子受体,不需要任何辅因子,是目前最具发展潜力的氧化酶之一。然而,UPO的异源表达困难与选择性差的问题仍限制着UPO的发展。近两年,通过信号肽改造或更换的方法在UPO的异源表达方面取得了重要突破,对UPO结构功能关系的深入研究以及蛋白结构预测算法的发展也将助力UPO的分子改造,为解决UPO选择性差的问题奠定基础。本文聚焦于UPO的异源表达、选择性问题与H2O2原位再生,综述了UPO的最新发展以及存在的技术瓶颈,并对解决这些瓶颈问题的方案做出展望。

关键词：非特异性过加氧酶未活化C—H键氧化反应异源表达选择性

精准调控Baeyer-Villiger单加氧酶的底物选择性以避免拉唑亚砜的过氧化

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Chinese Journal of Catalysis 2023年第8期51卷 157-167页

作者：吴殷琦陈倩倩陈琦耿强张巧玉郑宇璁赵晨张龑周佳海王斌举许建和郁惠蕾华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室上海生物制造协同创新中心上海200237 厦门大学化学化工学院固体表面物理化学国家重点实验室福建省理论与计算化学重点实验室福建厦门361005 中国科学院深圳先进技术研究院深圳合成生物研究所中国科学院定量工程生物学重点实验室广东深圳518055

氧化酶催化的分子功能化是非常具有吸引力的研究领域之一,其中,高度选择性氧化反应对手性分子的构建至关重要.大量研究集中在对氧化酶立体选择性和区域选择性的分子改造上,而由于底物选择性差引起的过度氧化问题长期被忽视.Baeyer-Villi... 详细信息

氧化酶催化的分子功能化是非常具有吸引力的研究领域之一,其中,高度选择性氧化反应对手性分子的构建至关重要.大量研究集中在对氧化酶立体选择性和区域选择性的分子改造上,而由于底物选择性差引起的过度氧化问题长期被忽视.Baeyer-Villiger单加氧酶(BVMOs)是一类多功能的生物催化剂,可以在脂肪族或环状酮底物的羰基附近插入一个氧原子,具有较高的区域选择性.BVMOs还可以催化包括硫、氮和磷在内的杂原子的不对称氧化.由于其温和的反应条件和较好的对映选择性,BVMOs催化硫醚不对称氧化生成手性亚砜被认为是一种极具吸引力且绿色清洁的合成方法.BVMOs可以催化硫醚不对称氧化生成有价值的手性亚砜,但亚砜过氧化生成无用的副产物砜限制了其进一步应用.这种过度氧化的本质原因是BVMOs对底物选择性不足,导致目标产物亚砜被进一步氧化.本文建立了一个数学模型,将酶对硫醚和亚砜两种相似底物之间的特异性常数之比(kcat/Km)定义为酶对底物选择性.随后使用蛋白结构引导的底物通道工程方法精准调控了拉唑硫醚单加氧酶AcPSMO的底物选择性,成功地将亚砜的过氧化降至最低.酶促氧化奥美拉唑硫醚24h后,突变体F277L生成的副产物砜含量低于1%(mol/mol),而野生型的砜含量为65%.分子动力学模拟和量子力学/分子力学研究结果表明,黄素氢过氧化物(FADH-OOH)周围改变的氢键网络可以调节亚砜氧化的机制和活性.此外,重新设计的AcPSMO突变体也成功地应用于其它手性拉唑亚砜的可控合成.综上,本文开发的精确控制氧化酶底物选择性的方法对于提高其它杂原子生物氧化反应的底物特异性具有借鉴意义.

关键词： Baeyer-Villiger单加氧酶手性亚砜过度氧化底物选择性蛋白质工程分子动力学模拟量子力学/分子力学研究

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新型扁桃酸消旋酶的基因挖掘和性能表征

生物工程学报 2018年第6期34卷 897-905页

作者：周茂志唐存多许建和郁惠蕾华东理工大学生物工程学院生物反应器工程国家重点实验室上海200237 南阳师范学院昆虫生物反应器河南省工程实验室河南南阳473061

消旋酶是实现手性化合物去消旋化制备光学纯化学品的重要工具,来源于恶臭假单胞菌的扁桃酸消旋酶(MR),是目前唯一可以催化两种构型扁桃酸互相转换的消旋酶。通过基因组数据挖掘获得了9个新的扁桃酸消旋酶基因及活性蛋白,其中来源于放射... 详细信息

消旋酶是实现手性化合物去消旋化制备光学纯化学品的重要工具,来源于恶臭假单胞菌的扁桃酸消旋酶(MR),是目前唯一可以催化两种构型扁桃酸互相转换的消旋酶。通过基因组数据挖掘获得了9个新的扁桃酸消旋酶基因及活性蛋白,其中来源于放射性土壤杆菌Agrobacterium radiobacter的Ar MR酶对扁桃酸和邻氯扁桃酸具有较高的催化活力,而且该酶的异源表达水平也较理想。ArMR催化扁桃酸消旋反应的最适温度为50℃,最适pH为7.8。该酶在30℃、40℃和50℃下的半衰期分别为70.7、7.2、0.17 h。ArMR对(R)-和(S)-扁桃酸的K_M值分别为1.44 mmol/L和0.81 mmol/L,k_(cat)值分别为410 s^(–1)和218 s^(–1);对(R)-和(S)-邻氯扁桃酸的KM值分别为6.48 mmol/L和6.37 mmol/L,而k_(cat)值为0.22 s^(–1)和0.23 s^(–1)。Mg^(2+)和Mn^(2+)对该酶的活力有促进作用,而Zn^(2+)使其完全失活。新型扁桃酸消旋酶的发现和表征为今后此类酶的深入研究和开发提供了更多资源和数据参考。

关键词：扁桃酸消旋酶扁桃酸邻氯扁桃酸基因挖掘催化性能动力学常数

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四氢噻吩-3-酮还原酶的筛选与表征

华东理工大学学报（自然科学版） 2019年第1期45卷 74-80页

作者：严阳郁惠蕾潘江许建和华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室生物催化与合成生物技术研究室上海200237

通过基因挖掘技术获得一种来源于炭疽芽胞杆菌的短链脱氢酶BaCR1。它能够催化四氢噻吩-3-酮的不对称还原反应,进而合成碳青霉烯类抗生素硫培南的重要手性中间体(R)-四氢噻吩-3-醇。对BaCR1进行了催化性能表征,结果表明最适反应pH为7.0,... 详细信息

通过基因挖掘技术获得一种来源于炭疽芽胞杆菌的短链脱氢酶BaCR1。它能够催化四氢噻吩-3-酮的不对称还原反应,进而合成碳青霉烯类抗生素硫培南的重要手性中间体(R)-四氢噻吩-3-醇。对BaCR1进行了催化性能表征,结果表明最适反应pH为7.0,最适反应温度为30℃,催化剂转化数(k_(cat))与米氏常数(K_M)之比(k_(cat)/K_M)为0.25 L/(mmol·s)。在100 mL的反应体系中,偶联葡萄糖脱氢酶用于辅酶再生,在底物上载量为50 mmol/L、重组大肠杆菌整细胞(干重)上载量为20 g/L的条件下,无需额外添加辅因子NADPH,反应24 h,转化率大于99%,还原产物的e.e.值为84%,实现了产物的克级制备,体现了酶法不对称还原制备(R)-四氢噻吩-3-醇的潜力。

关键词：羟基还原酶 (R)-四氢噻吩-3-醇硫培南酶促不对称还原

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羧酸还原酶的研究进展

微生物学通报 2020年第7期47卷 2255-2265页

作者：石焜郁惠蕾许建和华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室上海200237

羧酸还原酶(carboxylic acid reductases,CARs)可以催化羧酸还原为相应的醛,反应条件温和、拥有广阔的底物范围且副反应较少。本文旨在综述近年来羧酸还原酶系统发育、结构与催化机理、蛋白质工程和固定化工程等方面的研究成果,揭示其... 详细信息

羧酸还原酶(carboxylic acid reductases,CARs)可以催化羧酸还原为相应的醛,反应条件温和、拥有广阔的底物范围且副反应较少。本文旨在综述近年来羧酸还原酶系统发育、结构与催化机理、蛋白质工程和固定化工程等方面的研究成果,揭示其作为重要工具酶在生物转化及合成生物学中的应用前景。

关键词：羧酸还原酶系统发育蛋白结构催化机理分子改造

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精细化学品合成专用酶制剂的定向创制和应用

精细化学品合成专用酶制剂的定向创制和应用