酵母脂肪酶分子进化及催化合成(S)-1,4-苯并二烷

目的:1,4-苯并二烷是普罗克生、多沙唑嗪等抗高血压和MCK-242等抗抑郁药物的手性中间体,在医药领域具有广泛应用。目前化学合成具有产量高的优势,然而存在环境污染和生产安全性低等问题。应用脂肪酶进行催化合成提供了1,4-苯并二烷的绿色合成新途径。研究发现天然酶存在对映体选择性低的局限,因此针对南极假丝酵母脂肪酶B进行分子进化,并建立了1,4-苯并二烷催化合成的技术路线。方法:首先,针对南极假丝酵母脂肪酶B活性中心参与底物结合和转化的关键氨基酸残基进行分析,并构建了相互作用位点协同进化的饱和突变库,通过HPLC检测,筛选获得了系列转化效率高和对映选择性强的突变体,最后对影响最佳突变体D223N/A225K催化效率的反应条件进行系统优化。结果:来自D223和A225位点突变体(D223N/A225K和D223G/A225W等)偏向于合成(S)-型产物;而E188和I189位点突变体(E188D/I189M等)表现出偏向于合成(R)-型产物。与野生型相比,最佳突变体D223N/A225K合成(S)-1,4-苯并二烷的ee值从11.9%提升到29.3%。对反应条件系统优化后,突变体D223N/A225K在37℃、正丁醇/磷酸盐缓冲液(20∶80,V/V)两相溶剂中反应50 min后对底物(R,S)-1,4-苯并二烷-2-甲酸甲酯的转化率为(47.5±2.33)%,ee值达(93.9±0.16)%。结论:通过分子改造与条件优化,成功实现对(R,S)-1,4-苯并二烷-2-甲酸甲酯的高效动力学拆分,为蛋白质工程技术创制新酶提供了新例证,也为酶法高效催化合成(S)-1,4-苯并二烷类分子提供了理论和技术基础。