Chem Commun & ACSF:郭瑞庭等醇脫氫酶的結構解析和立體選擇性改造...

2020-12-01 生物谷

手性醇是一類在手性碳上連有羥基的旋光性模塊化合物，以其獨特的光、熱和化學穩定性，是醫藥、農藥和精細化工材料的重要手性中間體。開發手性醇中間體的研究對推動我國製藥工業、材料工業以及信息電子產業的發展都具有重要的戰略意義。其中，光學活性芳香醇類化合物，是合成抗抑鬱、平喘、腎上腺素受體激動劑、NK1拮抗劑等藥物的前體，也是製備高性能液晶和液晶器件的重要手性原料。目前，利用醇脫氫酶具有高度的化學、區域和立體選擇性的特點，不對稱還原潛手性羰基化合物，已成為獲得手性醇的一種重要途徑。因此，開展醇脫氫酶的催化機制及其理性改造的研究具有重要的理論價值和實踐意義。

中國科學院天津工業生物技術研究所郭瑞庭研究員的研究組與江南大學生物工程學院徐巖教授研究組合作，解析了來源於Candida parapsilosis的（R）-羰基還原酶（RCR）與輔酶NAD+、底物2-羥基苯乙酮及產物（R）-苯基乙二醇的三種複合體的晶體結構，闡明了RCR與輔酶結合、底物識別和產物釋放的Prelog立體選擇性的分子催化機制。然而，自然界中絕大多數醇脫氫酶都是催化輔酶的pro-R氫進攻底物羰基的re面生成相應的手性醇，遵循Prelog規則，只有極少數醇脫氫酶具有反Prelog選擇性。因此，通過理性改造獲得反Prelog立體選擇性醇脫氫酶無疑是對氧化還原手性生物催化體系適用性的有力加強和重要補充。

RCR屬於中鏈醇脫氫酶家族成員。結合RCR與已報導的具有立體選擇性的中鏈醇脫氫酶的晶體結構及其胺基酸序列的比對，發現形成RCR的底物結合口袋的胺基酸殘基中，具有大側鏈的F285和W286分別位於小底物結合口袋的入口處和內部，並且相對於其它成員不保守。在此兩個關鍵位點設計突變，構建突變體F285A、W286A、F285A/W286A。功能檢測發現，對所檢測的8種芳香酮類底物，3個突變體的立體選擇性發生了不同程度的變化。其中，雙突變F285A/W286A對8種底物的選擇性都發生了反轉，特別是底物-溴代-4-氯苯乙酮的識別從re面變成si面，對映選擇性完全反轉達到>99.9% e.e.。通過模擬對接分析，進一步解釋了立體選擇性反轉的分子基礎。

該研究得到國家「973」計劃、「863」計劃、自然科學基金等的支持。相關研究成果發表在Chemical Communications 和Acta Crystallographica Section F 期刊上，在天津工生所客座培養的江南大學生物工程學院的博士研究生王珊珊為論文的第一作者。（生物谷Bioon.com）

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