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生物催化係列酶介紹之一 烯還原酶

  • 分類:行業動態
  • 發布時間:2025-05-07 09:13
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【概要描述】烯還原酶(Ene-reductases, ERs)是一類能夠還原活化烯烴的氧化還原酶,可分為(wei) 依賴於(yu) 鐵硫簇的烯酸酯還原酶(Enoate reductases)、老黃酶(Old yellow enzyme, OYE)、醌還原酶(Quinone reductase)、短鏈脫氫酶和中鏈脫氫酶[1]。其中,老黃酶的研究和應用最多。

生物催化係列酶介紹之一 烯還原酶

【概要描述】烯還原酶(Ene-reductases, ERs)是一類能夠還原活化烯烴的氧化還原酶,可分為(wei) 依賴於(yu) 鐵硫簇的烯酸酯還原酶(Enoate reductases)、老黃酶(Old yellow enzyme, OYE)、醌還原酶(Quinone reductase)、短鏈脫氫酶和中鏈脫氫酶[1]。其中,老黃酶的研究和應用最多。

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01 烯還原酶簡介

烯還原酶(Ene-reductases, ERs)是一類能夠還原活化烯烴的氧化還原酶,可分為(wei) 依賴於(yu) 鐵硫簇的烯酸酯還原酶(Enoate reductases)、老黃酶(Old yellow enzyme, OYE)、醌還原酶(Quinone reductase)、短鏈脫氫酶和中鏈脫氫酶[1]。其中,老黃酶的研究和應用最多。

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2010年,老黃酶被分為(wei) 兩(liang) 類,分別為(wei) “經典型”OYEs (Ⅰ類)和“嗜熱型”OYEs (Ⅱ類)[2]。隨著基因組計劃的進行,人們(men) 從(cong) 真菌、細菌、古細菌、原生生物、藻類和高等植物中另外發現了三類不同的老黃酶,分別為(wei) OYE III類、IV類和Ⅴ類。目前,OYE的分類仍在爭(zheng) 論中[3]。

老黃酶中所有的已知酶都具有典型的“TIM-barrel”結構,其結構內(nei) 部是由八個(ge) β折疊形成的β桶狀結構,β桶狀結構被八個(ge) α-螺旋包圍,β折疊與(yu) α-螺旋之間通過蛋白質Loop結構連接。老黃酶N端上存在β-發夾結構,可關(guan) 閉N端側(ce) 的β桶狀結構。老黃酶C端非共價(jia) 結合了黃素單核苷酸(FMN),C端相連的Loop結構與(yu) FMN組成了酶的活性中心[4,5]。

“經典型”和“嗜熱型”OYEs的區別在於(yu) ,“經典型”OYEs通常由單體(ti) 或二聚體(ti) 組成,而“嗜熱型”OYEs通過疏水作用將二聚體(ti) 相互聚合形成四聚體(ti) ,因此又被稱為(wei) “二聚體(ti) 的二聚體(ti) ”[6,7]。新發現的三類老黃酶(OYE III類、IV類和Ⅴ類)的蛋白質結構特征尚未解析透徹。

老黃酶有廣泛的底物譜,能夠催化不同的底物類型。例如,帶有吸電子基團(包括酮醛、醛、硝基、羧酸、酯、酸酐、內(nei) 酯、亞(ya) 胺等)的α,β-不飽和化合物。以下僅(jin) 列舉(ju) 了三類實例:

實例1、製備手性雙酯化合物[8]
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實例2、製備坦索羅辛新和司來吉蘭中間體[9]
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實例3、製備手性β2-氨基酸中間體[10]

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烯還原酶作為(wei) 綠色生物催化劑,在不對稱還原碳碳雙鍵上展現出了諸多優(you) 勢:1) 反應會(hui) 產(chan) 生一個(ge) 或兩(liang) 個(ge) 手性中心;2) 反應為(wei) 一步酶法,工藝簡單;3) 反應條件溫和。

02 烯還原酶催化機理

烯還原酶不對稱催化機製包含了兩(liang) 個(ge) 半反應過程,還原半反應和氧化半反應(見圖1)。在還原半反應過程中,NADPH作為(wei) 電子供體(ti) 向FMN傳(chuan) 遞質子後,FMN被激活為(wei) 還原態的FMNH2。在氧化半反應過程中,底物上的烯烴被酶激活,C=C鍵的電子密度下降,從(cong) 而有利於(yu) FMNH2上的氫化物攻擊C=C鍵上的Cβ。附近酸性氨基酸殘基(通常為(wei) 保守酪氨酸)的質子被定向轉移到Cα上,完成C=C 鍵的不對稱氫化。

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圖1. 烯還原酶催化機理[11]

 

03 烯還原酶酶庫和酶開發服務

304am永利集团生物從(cong) 2007年來就專(zhuan) 注於(yu) 生物酶和生物催化技術以及合成生物學技術的開發與(yu) 應用研究。304am永利集团生物現有的烯還原酶酶庫(304am永利集团生物代號:ES-ERED)中包含51種不同的烯還原酶,可以為(wei) 客戶提供酶篩選、酶促反應工藝優(you) 化、酶改造和生產(chan) 供應服務。

 

參考文獻

[1] Christin P, David F, et al. ChemBioChem 2019, 20: 1569-1577.

[2] Toogood H S, Gardiner J M and Scrutton N S. Chemical Catalystand Chemistry, 2010, 2(8): 892-914.

[3] Pters C, Frasson D, Sievers M, et al. ChemBioChem, 2019, 20(12): 1569-1577.

[4] Karina K, Teresa B, et al.The Journal of Biological Chemistry, 2005, 280(30): 27904-27913.

[5] Diederik J, Bryan T, et al. Biochemical and Biophysical Research Communications,2010, 393: 426–431.

[6] Parmeggiani F, Brenna E, et al. ChemBioChem, 2022, 23(1): e202100445.

[7] 李炳娟, 劉金錠, 等. 中國生物工程雜誌, 2020, 40(3): 163-169.

[8] Wang Y, Bartlett M J, et al. ACS Catalysis, 2017, 7(4): 2548–2552.

[9] Edyta B, Tina R, et al. Angewandte Chemie-International Edition, 2013, 52(35):9323-9326.

[10] Magdalena A. SwiderskaJon D. Organic Letters, 2006, 8(26): 6131-6133.

[11] 張傑, 穀氨酸棒杆菌OYE 酶的功能鑒定、半理性設計改造與(yu) 應用.[D].無錫: 江南大學, 2023.

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