An Exceptionally DMSO-Tolerant Alcohol Dehydrogenase for the Stereoselective Reduction of Ketones
- 作者
- Iván Lavandera, Alexander Kern, Martina Schaffenberger, Johannes Gross, Anton Glieder, Stefaan de Wildeman, Wolfgang Kroutil
- 杂志
- ChemSusChem（2008）
- DOI
- 10.1002/cssc.200800032
- 所属领域
- 生物催化
- 关键词
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解决的核心问题
寻找能够在有机溶剂尤其是DMSO存在下保持活性的醇脱氢酶，用于酮的不对称还原。
研究策略
从适应含硫污染环境的微生物中筛选醇脱氢酶，克隆基因并在E. coli中表达，系统测试其在不同有机溶剂体系中的催化性能。
研究路线图
核心内容
本研究从适应含硫污染环境的微生物Paracoccus pantotrophus DSM 11072中克隆并重组表达了一种短链醇脱氢酶PpADH，系统考察了其在不同有机溶剂体系中的催化性能。研究发现，该酶以2-丙醇为氢供体，能够立体选择性还原多种酮类底物，对芳香酮和α-氯苯乙酮等底物的对映体过量值超过99%。尤为突出的是其对二甲亚砜的超常耐受性：在15%二甲亚砜体系中，24小时转化率是缓冲液中的两倍；即使在50%二甲亚砜中，转化率仍与缓冲液相当。在微水介质中，亲水性溶剂使酶活性降至10%–20%，但2-丙醇例外；而疏水性溶剂如甲苯、环己烷和己烷则表现出更好的生物相容性。对底物14a的还原中，100%相对活性对应7.8 nmol/mg/min的比活力。该酶的极端二甲亚砜耐受性可能源自菌株在含硫环境中的长期适应，这一特性使其在有机溶剂体系的不对称合成中具有广阔应用潜力。
创新点
首次从Paracoccus pantotrophus DSM 11072中发现并重组表达了一种对DMSO具有超常耐受性的短链醇脱氢酶PpADH，该酶在含DMSO体系中活性反而提高。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| E. coli Top10F | 底物偶联的氢转移（酮不对称还原） | — | — | 催化 | 作为全细胞催化剂，表达重组PpADH，用于酮的还原。 |
| — | 酮的不对称还原（氢转移） | 来自Paracoccus pantotrophus DSM 11072的短链醇脱氢酶基因 | PpADH | 催化 | 对DMSO高度耐受，以2-丙醇为氢供体，立体选择性还原多种酮。 |
关键发现
- PpADH利用2-丙醇(5% v/v)作为氢供体，可立体选择性还原多种酮，对芳香酮和α-氯苯乙酮等底物给出>99% ee
- 在15% v/v DMSO中24h转化率为缓冲液中的两倍
- 在50% v/v DMSO中24h转化率仍与缓冲液相当
- 微水介质(99% v/v有机溶剂)中亲水性溶剂使酶活性降至10-20%，但2-丙醇例外
- 疏水性溶剂(logP>2)如甲苯、环己烷、己烷生物相容性更优
- 对底物14a的还原，100%相对活性对应7.8 nmol/mg/min，14a在24h内于50% DMSO中的转化率与缓冲液相当。
研究结论
PpADH是一种对DMSO极为耐受的醇脱氢酶，其耐受性可能源于菌株在含硫环境中的适应能力；该酶在有机溶剂体系中的应用潜力大，且对多种酮具有高立体选择性。