多酶级联反应催化的环氧醇立体互补性差向异构化

【作者】 郭超； 刘育昌； 刘艳； 王海波； 吴中柳；

【机构】 中国科学院成都生物研究所；

【摘要】 动态动力学拆分是制备光学纯手性中间体的重要手段之一。本研究以光学纯的多手性中心的缩水甘油醇为目标产物,将苯乙烯单加氧酶(SMO)与两个醇脱氢酶/羰基还原酶(ADH)共表达于大肠杆菌BL21中,构建了整细胞催化的多酶级联反应体系。其中苯乙烯单加氧酶负责选择性地向底物中引入手性环氧基团,而一对羰基还原酶进一步完成对羟基的差向异构化(Fig.1)。该多酶级联反应体系高效运转的重点是还原型辅酶对反应体系的调控作用。还原型辅酶I(NADH)参与的环氧化作用(Step1)与氧化型辅酶I(NAD~+)参与的脱氢反应(Step2),不仅实现了辅酶I的自循环,控制了反应顺序,还将还原型辅酶II(NADPH)参与的还原反应(Step3)与前两步反应"隔离"开,实现了对仲醇的动态动力学拆分。三步串联反应有序进行,互不干扰,使目标产物的理论产率可以达到100%。以三个酶共表达的休止细胞为催化剂,检测了该级联反应体系对12种底物的转化情况,1-2小时内产率36%至>99%,大多数情况下具备优异的对映体及非对映体选择性。运用两对选择性和辅酶适应性互补的羰基还原酶分别与苯乙烯单加氧酶组合得到两个立体互补性的催化系统,可以分别获得S-和R-手性醇,最终实现了环氧醇立体互补性差向异构化,为多手性基团有机砌块的合成提供了新思路。更多还原