生物催化係列 — 硝基還原酶

分類：行業動態
發布時間：2025-07-16 09:14
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【概要描述】硝基還原酶（Nitroreductase, NTR）是一類以黃素單核苷酸（FMN）或黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）為(wei) 輔基，以NADPH或NADH為(wei) 輔酶的黃素還原酶，可催化硝基芳香族化合物和硝基雜環衍生物的硝基還原成氨基或羥胺。

生物催化係列 — 硝基還原酶

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硝基還原酶簡介

硝基還原酶（Nitroreductase, NTR）是一類以黃素單核苷酸（FMN）或黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）為輔基，以NADPH或NADH為輔酶的黃素還原酶，可催化硝基芳香族化合物和硝基雜環衍生物的硝基還原成氨基或羥胺。

根據硝基還原酶對氧氣的敏感性和還原硝基基團的電子傳(chuan) 遞機製，該酶可以分為(wei) Ⅰ型硝基還原酶（氧不敏感型）和Ⅱ 型硝基還原酶（氧敏感型）。其中，Ⅱ 型硝基還原酶在催化過程中會(hui) 產(chan) 生硝基陰離子自由基，該自由基會(hui) 被氧氣重新氧化生成硝基基團，形成無效循環，浪費還原力NAD(P)H（圖1），故該酶在氧氣存在下發生沒有意義(yi) 的反應；Ⅱ 型硝基還原酶在嚴(yan) 格厭氧條件下的催化還原過程和Ⅰ 型硝基還原酶（含氧氣條件下）的催化還原過程一致（圖1），因此Ⅱ 型硝基還原酶的反應必須要在嚴(yan) 格厭氧條件下進行^[1]。

圖1. 硝基還原酶催化芳香硝基化合物的還原過程

硝基還原酶通常為(wei) 不對稱同源二聚體(ti) ，其二聚體(ti) 交界麵處結合有兩(liang) 個(ge) FMN輔助因子。NTR在催化反應過程中僅(jin) 提供質子、電子傳(chuan) 遞的結構骨架，而輔助因子FMN在該二聚體(ti) 的交界麵會(hui) 構成V型底物口袋的底部，從(cong) 而控製結合底物的大小和空間定位^[2]。

該酶廣泛應用於(yu) 芳香羥胺和芳香胺的有機合成、腫瘤治療、生物檢測及環境汙染物的降解等。NTR在醫藥中間體(ti) 合成中的應用實例如下：

實例1、製備替格瑞洛關鍵中間體^[3]

實例2、製備普侖(lun) 司特關(guan) 鍵中間體(ti) ^[4]

實例3、製備阿普司特關(guan) 鍵中間體(ti) ^[5]

NTR作為(wei) 綠色生物催化劑，可以在溫和的條件下催化生產(chan) 芳香羥胺、芳香胺等化合物，比起化學法使用的昂貴的金屬催化劑，有著更經濟和環保的優(you) 勢。

硝基還原酶催化機理^[6]

硝基還原酶的催化機製為(wei) 乒乓機製（圖2）：電子供體(ti) NAD(P)H先進入酶活性中心，將電子傳(chuan) 遞給FMN，自身被氧化成NAD(P)+。FMN接受電子後，自身構象發生改變，氧化還原電勢也發生變化，並促使NAD(P)+從(cong) 酶上解離。隨後，硝基底物進入酶的活性中心，得到還原態FMN的兩(liang) 個(ge) 電子後，生成產(chan) 物從(cong) 酶上脫離下來。

整個(ge) 還原過程中，酶催化完成兩(liang) 次二個(ge) 電子傳(chuan) 遞過程；首先硝基基團接受兩(liang) 個(ge) 電子還原為(wei) 亞(ya) 硝基基團，這步反應速率很慢，為(wei) 限速步驟；隨後亞(ya) 硝基基團又接受電子還原為(wei) 羥胺或氨基基團，這步反應很迅速，比第一步電子傳(chuan) 遞反應快1萬(wan) 倍以上，這也是催化過程中無法檢測到亞(ya) 硝基產(chan) 物的原因。

圖2. 硝基還原酶的催化機理

硝基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硝基還原酶酶庫(304am永利集团生物代號：ES-NTR)中包含12種不同的硝基還原酶，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] 劉培瑜, 大腸杆菌硝基還原酶可控合成芳香羥胺的性質研究. [D]. 遼寧:大連理工大學, 2015.