扁桃酸消旋酶高通量篩選方法的構建及其在定向進化中的應用.pdf

1、光學純(R）-鄰氯扁桃酸甲酯和(R)-乙?；徛缺馓宜崾切难芩幬?S)-氯吡格雷工業(yè)化生產過程中兩種重要的手性中間體。利用酯酶和扁桃酸消旋酶進行動態(tài)動力學拆分制備這兩種化合物的理論收率可達100％，能夠有效解決傳統(tǒng)化學拆分過程中反應條件苛刻、對環(huán)境造成污染等問題，契合綠色化學的理念。然而，天然扁桃酸消旋酶對拆分過程中的副產物(S)-鄰氯扁桃酸的催化活性非常低，在很大程度上限制了該動態(tài)動力學拆分過程的進行。為此，本課題構建了一種適用于扁

2、桃酸消旋酶突變體庫篩選的高通量篩選方法，并在此基礎上利用定向進化的方法提高了扁桃酸消旋酶對(S)-鄰氯扁桃酸的催化活力。
　　為了輔助扁桃酸消旋酶的定向進化，本研究構建了一種選擇性氧化系統(tǒng)用于扁桃酸消旋酶突變體庫的篩選。該方法利用一種具有絕對R構型對映體選擇性的D-扁桃酸脫氫酶將外消旋反應中產生的(R）-對映體轉化成酮酸類化合物，進而用于后續(xù)的顯色反應。最終成功為扁桃酸消旋酶構建了雙酶聯動的高通量篩選方法，并且通過手性高效液相色譜

3、驗證了該方法的有效性。
　　基于這種高通量篩選方法，對惡臭假單胞菌來源的扁桃酸消旋酶進行了定向進化，最終獲得了一株三點突變體V22I/V29I/Y54F(MRDE1)，其酶活比天然酶提高了3倍左右。同時，為了在反應動力學的角度解釋酶活提高的可能來源，考察了扁桃酸消旋酶及其突變體對兩種構型底物的酶促反應動力學，結果發(fā)現突變位點之間存在著一定的協同效應，并且突變體催化效率的改善主要來源于其kcat值的提高。
　　最后，通過分子對

4、接和分子動力學模擬對突變體酶活提高的來源進一步進行了解釋。結果表明，酶與底物分子間質子傳遞作用的增強和π-π相互作用的引入在突變體酶活提高中起著關鍵作用。另外，通過分子力學泊松-玻爾茲曼表面積對酶-底物結合自由能進行了分析，發(fā)現靜電作用是造成突變體結合自由能降低的主要原因，說明靜電力在活性中心相互作用網中起著重要作用。
　　研究結果表明，利用定向進化對酶進行改造以提高其催化性能是一種可行、有效的手段，但前提是需要一個合適的、有效的