主要芳氨酸氨基的多种N-氧化,由工程P450过氧酶变体控制,由双功能小分子促进
Jie Chen1,2, Fuquan Yao1, Yiping Jiang1
1Key Laboratory of Photoelectric Conversion and Utilization of Solar Energy, Qingdao New Energy Shandong Laboratory, CAS Key Laboratory of Biofuels, Shandong Provincial Key Laboratory of Synthetic Biology, Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao, 266101, China.
研究人员使用双功能的小分子 (DFSM) 设计了细胞染色体P450BM3酶,以控制氨酸氧化. 这一突破使得从芳香胺中选择性生产有价值的含N的化合物成为可能.
科学领域:
- 生物催化和酶工程 生物催化和酶工程
- 有机合成和反应机制.
- 生物技术和含N的化合物生产.
背景情况:
- 氨基氧化对于合成含有N的化合物至关重要,但控制选择性N氧化的基因反应性仍然是一个挑战.
- 细胞染色体P450酶具有氧化反应的潜力,但需要针对特定产品的选择性进行工程.
- 双功能小分子 (DFSM) 可以帮助调节酶活性和基质相互作用.
研究的目的:
- 为了将P450BM3细胞染色体转化为多功能N-氧化酶,能够进行选择性芳胺氧化.
- 调查酶突变和DFSM对催化杂交和产品选择性的协同效应.
- 扩大P450酶的合成实用性,用于生产含有高价值N的化合物.
主要方法:
- 细胞染色体P450BM3的局部定向突变生成,以创建工程变异.
- 使用双功能小分子 (DFSM) 协助氧化芳胺.
- 使用分析技术进行产品分析,以确定N-氧化和单电子氧化产品的选择性.
- 工程酶的晶体结构分析,以阐明结构-活性关系.
主要成果:
- 工程设计的P450BM3变种选择性地产生了N-氧化产物,如p-nitrosobenzene (可达98%的选择性) 和p-nitrobenzene (可达>99%的选择性).
- 特定的突变 (例如,F87A/T268V/V78T/A82T和F87A/T268V/A82T/I263L) 已被确定为专门生产目标化合物.
- 晶体结构揭示了突变和DFSM在控制活性部位内的基质取向方面之间的协同作用.
- 证明了可控制的芳胺氧化,产生N-氧化和单电子氧化产物.
结论:
- 通过DFSM促进的P450过氧酶和过氧酶活性可用于可控制的含N化合物的合成.
- 酶工程与DFSM相结合,显著扩大了P450酶的化学空间和合成能力.
- 这种方法为芳胺的选择性氧化提供了一个强大的策略,产生有价值的化学中间体.
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