半理性设计提高酮还原酶Tm的立体选择性

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(R)-2-羟基-4-苯基丁酸乙酯(R-HPBE)是合成普利类药物的关键中间体。由于普利类药物可用于治疗心血管疾病,具有不良反应小、作用时间长、疗效显著等众多优点,有着较高的市场需求,因此R-HPBE的高效合成具有较大的实用意义。R-HPBE的合成法主要分为生物法和化学法,其中利用酮还原酶直接对前体酮2-氧代-4-苯基丁酸乙酯(OPBE)进行不对称还原,是最有吸引力的方法之一。  嗜热菌Thermotoga sp.来源的Tm是一种有较大应用潜力的酮还原酶,底物谱广而且热稳定。但是该酶在催化还原OPBE时,主要生成(S)构型产物,ee值为73%。基于此,需要对野生酮还原酶加以改造。  首先,以野生酮还原酶Tm及其辅酶NADPH二元复合物的结构模型为模板,分析其与配体OPBE分子对接结果,在Tm底物结合区域选择21位和86位作为突变位点;然后对这2个位点分别进行饱和突变,以OPBE为底物进行筛选,获得10个有用的单突变酶(21位点3个:W21C、W21Q、W21S;86位点6个:W86A、W86E、W86H、W861、W86L、W86N、W86V),其酶活与野生酶相当,ee值由野生酶的(S)反转成(R),但ee值处于中等水平。基于已获得的10个具有改善性质的单突变酶,将其两两组合,构建双突变文库,同样以OPBE为底物进行筛选,最终获得6个立体选择性显著改善的双突变酶(W21Q/W86E、W21Q/W86V、W21 S/W86E、W21S/W86H、W21 S/W86I、W21 S/W86N),其酶活基本保持不变,ee(R)值均在95%以上,其中W21 S/W86E的ee(R)值为99.7%。  最后,对已筛选的突变酶进行了酶学性质测定。结果表明:6个双突变酶依然具有良好的热稳定性,与底物OPBE的亲和力也保持原有水平,对OPBE的催化效率比野生型酶提高了数十倍。
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