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许建和团队协同创新实现羟腈裂解酶分子重设计与新应用

发布时间:2020-05-31 14:05:00

   羟腈裂解酶广泛分布于自然界,是植物通过氰醇裂解产生氢氰酸以抵御天敌的重要防御机制。在有机合成领域,不对称羟氰化是最早应用的酶反应,也是构建邻位手性C–N/C–O或C–O/C–O砌块最为重要的方法之一。然而,绝大多数天然的羟腈裂解酶仅能转化简单的芳香或脂肪醛,对于结构庞大而复杂的醛类底物,则倍显无力。

   以抗哮喘药物β2-受体激动剂为例,尽管早在1997年德国科学家即利用羟腈裂解酶催化苯并[1,3][d]二噁烷环类甲醛 (1b–1c) 的羟氰化 (J. Org. Chem., 1997, 62, 3867–3873),但由于后续的缩醛保护基脱除步骤造成产物苄位羟基的消旋化而导致该路线无法在工业上应用。虽然使用较易脱除的缩酮保护基 (1d) 可以有效地抑制产物的消旋化,但令人遗憾的是二十多年来,迄今尚未报道任何可催化该类大位阻药用底物 (1d) 有效羟腈化的新酶。

    近期,华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室许建团队联合中科院上海有机所洪然林国强团队,通过蛋白质工程方法,理性设计羟腈裂解酶,成功打通这一多年受挫的酶-化学级联合成路线。研究者首先解析了前期获得的巴达木羟腈裂解酶PcHNL5及其与天然底物苯甲醛 (1a) 的复合物晶体结构,基于苯并[1,3][d]二噁烷环相较于苯甲醛的苯环衍生位置,成功鉴别到位于底物通道上的关键残基Leu331,仅凭单位点的突变,便使PcHNL5对目标底物1d的羟腈化活力提高590倍。



      该论文近期发表于ACS Catalysis,通讯作者为国重室许建和郁惠蕾教授和中国科学院上海有机化学研究所洪然研究员。第一作者为华东理工大学博士研究生郑宇璁。该工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和中科院先导项目的资助。