Construction and optimization of a biocatalytic route for the synthesis of neomethylamine from menthone
- 作者
- Hui-Jue Zhu, Jiang Pan, Chun-Xiu Li, Fei-Fei Chen, Jian-He Xu
- 单位
- Laboratory of Biocatalysis and Synthetic Biotechnology, State Key Laboratory of Bioreactor Engineering, Shanghai Collaborative Innovation Centre for Biomanufacturing, College of Biotechnology, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, People's Republic of China
- 杂志
- Bioresources and Bioprocessing（2023）
- DOI
- 10.1186/s40643-023-00693-w
- 所属领域
- 合成生物学
- 关键词
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解决的核心问题
缺乏温和、绿色的(+)-新薄荷胺生物合成路线，传统化学法需昂贵的有毒催化剂和高温高压条件。
研究策略
采用底物类似物筛选策略，从酶库中筛选具有胺化活性的ω-转氨酶，并进行反应参数优化和放大反应。
核心内容
本研究针对(+)-新薄荷胺传统化学合成法依赖有毒催化剂和高温高压的问题，构建了一条基于ω-转氨酶的绿色生物催化路线。研究者从83种候选酶中筛选出源自Vibrio fluvialis JS17的ω-转氨酶VfTA，能够催化(-)-薄荷酮的直接胺化。通过底物类似物筛选确定S-MBA为最优氨基供体，并系统优化了反应条件，在pH 6.0、30°C、60mM S-MBA和2mM PLP条件下，10mM底物在24小时内生成4.7mM(+)-新薄荷胺。酶动力学表征显示VfTA对底物(-)-薄荷酮的Km为5.0mM，kcat/Km为3.3s⁻¹mM⁻¹，对S-MBA的催化效率更高（kcat/Km=54.4s⁻¹mM⁻¹）。该酶热稳定性良好，30°C下半衰期达44.1小时。在300mL放大反应中成功获得150mg N-Boc衍生物，产率33%，比旋光度[α]D²³=+30。这项工作首次实现利用ω-转氨酶合成(+)-新薄荷胺，反应条件温和、原料廉价，为萜类胺衍生物的绿色生物制造提供了可行策略。
创新点
首次实现利用ω-转氨酶VfTA催化(-)-薄荷酮合成(+)-新薄荷胺；整个路线使用廉价底物、水相温和条件，环境友好。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| E. coli BL21(DE3) | 转氨化 | VfTA | ω-转氨酶 | 催化 | 来自Vibrio fluvialis JS17，催化(-)-薄荷酮与氨基供体的胺化反应 |
关键发现
- 从83种候选酶中筛选出Vibrio fluvialis JS17的ω-转氨酶VfTA，可催化(-)-薄荷酮胺化。以异丙胺为氨基供体时产物浓度0.19mM（转化率3.8%）
- 以S-MBA为最优氨基供体，最适pH 6.0、30°C，60mM S-MBA和2mM PLP。10mM底物在24h内生成4.7mM(+)-新薄荷胺。动力学参数：对底物(-)-薄荷酮Km=5.0mM，kcat=16.3s⁻¹，kcat/Km=3.3s⁻¹mM⁻¹
- 对S-MBA Km=0.8mM，kcat=42.3s⁻¹，kcat/Km=54.4s⁻¹mM⁻¹。抑制常数：S-MBA的Ki=5.8mM，苯乙酮的Ki=0.6mM。VfTA的T_m=65.6°C，30°C的半衰期44.1h。300mL放大反应获得150mg N-Boc衍生物，产率33%（[α]D²³=+30）。
研究结论
成功开发了由(-)-薄荷酮合成(+)-新薄荷胺的绿色生物催化路线，条件温和且原料廉价，为萜类胺衍生物的生物合成提供了新策略。