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在有機(jī)合成中，非活性的C-H鍵的氧化是一種非常重要的反應(yīng)，通過生物的手段研發(fā)特異的酶催化反應(yīng)在醫(yī)藥合成等領(lǐng)域具有非常重要的意義。近日，江南大學(xué)生物工程學(xué)院聶堯教授與湖北大學(xué)生命科學(xué)院郭瑞庭教授、中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所劉衛(wèi)東研究員合作，以專一性催化氨基酸羥基化的L-異亮氨酸雙加氧酶(IDO)為研究對象，探索IDO對特異氨基酸具有選擇性的原因和調(diào)控機(jī)制。相關(guān)研究成果發(fā)表在酶催化權(quán)威期刊《?美國化學(xué)會·催化》上，并獲選為封面文章。

羥基氨基酸是一類重要的化合物，可作為原料藥、醫(yī)藥中間體、飼料添加劑、食品強(qiáng)化劑、香料等，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化工等領(lǐng)域。其中，4-羥基正亮氨酸作為酰基高絲氨酸內(nèi)脂的類似物，具有調(diào)控真核細(xì)胞基因表達(dá)的重要生理功能。

隨著羥基氨基酸及其他羥基化衍生類重要醫(yī)藥中間體的應(yīng)用需求不斷擴(kuò)大的情況下，是否能在氨基酸不同的位置加上羥基對于擴(kuò)展羥基氨基酸的功能具有重要影響，而利用綠色、高效、無毒的酶反應(yīng)也逐漸成為目前關(guān)注的熱點(diǎn)。

聶堯介紹，在我們之前的研究發(fā)現(xiàn)，IDO催化羥基化L-正亮氨酸(L-Nle)時會同時生成4-羥基正亮氨酸(4-HNL)和5-羥基正亮氨酸(5-HNL)這兩種產(chǎn)物，專一性較低，我們的目標(biāo)產(chǎn)物4-HNL的產(chǎn)物純度僅有78.9%，這樣就難以進(jìn)行接下來的純化與應(yīng)用。

如何調(diào)控選擇性，創(chuàng)制高專一性羥基化酶?

IDO進(jìn)行酶催化時，需要二價鐵離子(Fe2+)和α-酮戊二酸的幫助(2-KG)。課題組解析了IDO的酶蛋白結(jié)構(gòu)，并且經(jīng)由計(jì)算分析，預(yù)測了和反應(yīng)底物分子有關(guān)的酶重要位點(diǎn)。

課題組又在研究過程中發(fā)現(xiàn)了決定反應(yīng)專一性的一個最關(guān)鍵位點(diǎn)T244，并針對T244位點(diǎn)進(jìn)行深入研究時，將其突變?yōu)楦〉陌被釙r，發(fā)現(xiàn)酶的專一性顯著提高了，其中，三個突變體T244A、T244G、T244S催化的4-HNL產(chǎn)物純度分別提高至95.1%、96.6%和95.3%。

“更令我們驚喜的是，突變體T244S在提高了位置專一性的同時，仍然保留了和原本酶同等高水平的催化活性，我們也實(shí)現(xiàn)了酶活性和選擇性的協(xié)同調(diào)控。”聶堯表示。

劉衛(wèi)東表示，這一工作揭示了雙加氧酶選擇性識別底物和催化羥基化反應(yīng)的分子機(jī)制，對利用雙加氧酶作為重要工具以發(fā)展高附加值化學(xué)品的綠色生物制造具有重要意義。

關(guān)鍵詞： 正亮氨酸 羥基氨基酸 雙加氧酶 非常重要 重要意義