成都生物所首次發現天然(R)-苯乙烯單加氧酶

文章来源:成都生物所 发表时间:2021-02-05

  光学活性的(S)-和(R)-环氧化物是不对称合成中最重要的手性砌块之一,环氧基团可以与不同的亲核试剂反应,衍生出一系列含各种手性官能团的化合物, 因此其合成研究一直都是有机合成领域关注的热点。其中,烯烃的不对称环氧化是公认的最直接有效的途径。然而,一直以来所报道的各种天然苯乙烯单加氧酶(SMO)的立体选择性都非常单一,只能催化生成(S)-环氧苯乙烯及其类似物,从而削弱了SMO对合成化学家的吸引力,限制了其应用潜力的进一步拓展。 

  成都生物研究所吴中柳研究团队在新酶挖掘中发现并报道了第一个 (R)-选择性的SMO(StStyA),该酶是一种来源于链霉菌(Streptomyces sp. NRRL S-31)基因组的黄素单加氧酶。该酶与已知SMO的蛋白质序列相似度低于35%,能够催化苯乙烯及其类似物获得(R)-环氧化产物,ee值91% ~ >99%。在此基础上,该团队进一步数据挖掘发现了一个新的(R)-SMO独特分支,包括8个具有活性的新型(R)-SMOs,并对其中的三个酶:SeStyA(来源于Streptomyces exfoliatus)、AaStyA(来源于Amycolatopsis albispora)和PbStyA (来源于Pseudonocardiaceae)进行了较为系统的研究。发现它们能够催化苯乙烯及其类似物转化为相应(R)-环氧化合物,对大多数底物具有良好的立体选择性,ee值最高达到99%以上。同时,研究发现AaStyA 酶的Phe46残基是一个关键残基,对立体选择性起着重要作用。(R)-选择性SMO的发现是单加氧酶研究领域的一个突破性成果,为(R)-环氧苯乙烯和类似物的生物合成提供了新的方法,也为黄素单加氧酶立体选择性机制等研究提供了新的线索。 

  该成果分别在Enzyme and Microbial Technology和Catalysis Science & Technology发表两篇文章。 

   

  图1. 新型SMO 催化的(R)-选择性环氧化反应 

  以上研究得到國家自然基金(21572220、21708038、22071237),中國科學院重點實驗室基金(KLCAS-2018-1)等資助。 

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