2025-07-24 21:45:57 | 魔幻网
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江南大学穆晓清、聂尧等提出一种盾构机式的底物攀行策略快速改造胺脱氢酶
近日,江南大学的穆晓清和聂尧等人在ACS Catalysis上发表了一项重要研究成果,提出了一种创新的“盾构机式的底物攀行策略”,用于快速改造苯丙氨酸胺脱氢酶(F-AmDH),使其能够催化结构多样的稠环和连环芳香酮的还原胺化。
一、研究背景
手性胺基团、芳香环和烷基(杂)环是天然产物、生物活性化合物和医药的重要结构中间体。包含芳香环和烷基(杂)环的手性胺,特别是稠环和连环芳香胺,在制药和合成化学中扮演着重要角色。传统的化学法还原胺化手性酮通常需要昂贵的过渡金属配合物或手性配体,而酶催化则因其高选择性和可持续性而备受关注。其中,F-AmDH因其底物为廉价的无机氨且唯一副产物为水而广受研究者的青睐。 魔幻网
二、盾构机式的底物攀行策略
类似于使用盾构机开挖隧道的过程,穆晓清和聂尧等人提出了一种创新的策略来改造F-AmDH。他们通过逐步扩大F-AmDH的活性口袋,使其能够逐步接受过渡底物。这一策略的核心在于,当目标芳香酮的空间尺寸接近过渡底物的空间尺寸时,F-AmDH对目标芳香酮的催化活性将被解锁。
为了实现这一目标,作者首先以对氟苯丙酮作为起始底物,并选择了侧链碳骨架逐渐延伸的5种芳香酮作为过渡底物。随后,结合酶的结构模拟和底物分子对接,对F-AmDH进行了三轮理性改造。通过这一策略,作者成功获得了9个具有目标芳香酮接受度的F-AmDH突变体。
三、实验结果与讨论
实验结果显示,这9个F-AmDH突变体能够以高产率和立体选择性合成相应的芳香胺。作者进一步将这9个突变体运用到9个稠环芳香酮和10个连环芳香酮的还原胺化中。结果显示,其中16个底物可以被有效胺化,目标芳香胺的收率为62-94%,多数对映体过量百分率(ee%)大于99%(R)。这是目前报道的对于这16种稠环和连环芳香酮的最高酶催化活性。
此外,作者还展示了盾构机式底物攀行策略在快速释放酶对结构多样底物的接受度、减少筛选工作以及提高进化效率方面的优势。通过仅包含58个定点突变体的超小型筛选工作,作者成功获得了具有目标催化活性的F-AmDH突变体,这大大缩短了酶改造的周期和成本。
四、研究意义与展望
这项研究不仅为F-AmDH的改造提供了新的思路和方法,还为AmDH在制药和合成化学中的应用提供了重要补充。盾构机式的底物攀行策略为快速进化酶以催化结构多样的底物提供了一种有效的途径。未来,这一策略有望被广泛应用于其他酶的改造和优化中,进一步推动生物催化技术的发展和应用。
五、图片展示
该图片展示了盾构机式底物攀行策略在F-AmDH改造中的应用过程及其取得的成果。通过逐步扩大活性口袋和理性改造,作者成功获得了具有目标催化活性的F-AmDH突变体,并实现了对多种稠环和连环芳香酮的有效胺化。
综上所述,江南大学穆晓清和聂尧等人提出的盾构机式的底物攀行策略为F-AmDH的快速改造和优化提供了一种新的有效方法。这一策略不仅提高了酶的催化活性和立体选择性,还为生物催化技术的发展和应用提供了新的思路和方向。
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