ChemCatChem：通过缩短氢化物转移距离提高 L -氨基酸脱氨酶的催化效率

江南大学药学院吴静课题组通过缩短氢化物转移距离提高 L -氨基酸脱氨酶的催化效率，催化L-氨基酸氧化脱氨化反应直接生产合成α-酮酸类化合物，产物具有良好的收率，为α-酮酸类化合物的合成提供新的策略和方法。

α-酮酸是一类同时含有羧基和酮基双官能团的有机酸，被广泛用于医药、饲料、食品和化学合成中。例如，α-酮酸片可用作治疗肾病（如尿毒症和氮累积障碍），用作饲料添加剂（如α-酮异己酸或α-酮异戊酸）以刺激动物肌肉的生长，用作吲哚-3-乙酸合成的前体，以及用于化学品的生产（例如杂环化合物、正丁醇和D-氨基酸。因此，α-酮酸类化合物的合成受到广泛的关注。

目前，α-酮酸的酶促合成依赖于氨基酸转氨酶（AAT，EC 2.1.1.X）、L-氨基酸脱氢酶（LAADH，EC 1.4.1.5）、氨基酸氧化酶（DAAO，EC 1.1.3.3；LAAO，EC 1.4.3.3）和L-氨基酸脱氨酶（LAAD，EC 1.4.3.2）。然而，所有这些酶都有很大的局限性：AAT和LAADH由于同时发生可逆反应，转化率较低；AAT催化的转氨反应需要额外的氨基受体；LAADH需要外源添加昂贵的辅因子NAD，产品分离和纯化复杂；LAAO催化脱氨释放有毒副产物（如H2O2）及其重组生产困难；DAAT和DAAO也能产生酮酸，但这两种酶使用的底物是非天然D型氨基酸，比L型氨基酸更昂贵。因此，这些酶可能不适合工业化生产α-酮酸。相比之下，LAAD是一种膜依赖性蛋白，虽然分离纯化困难，纯酶稳定性差，但LAAD催化的脱氨基反应不需要任何额外的辅因子或氨基受体，也不会释放有毒副产物，更适合全细胞生物转化。因此，发展简单高效的生物催化方法合成高价值的α-酮酸类化合物具有重要的意义。

最近，江南大学药学院吴静课题组报道了通过缩短氢化物转移距离提高L-氨基酸脱氨酶的催化效率，催化L-氨基酸的氧化脱氨化反应直接合成α-酮酸类化合物。该方法以含L-氨基酸氧化酶的大肠杆菌全细胞为催化剂，利用廉价的L-氨基酸为底物生产α-酮酸类化合物，通过解析L-氨基酸脱氨酶催化机理，结合生物转化实验开发了一种蛋白质工程策略来缩短距离D1，通过蛋白质工程改造，获得两个催化效率较高的突变体W1（短链脂肪族氨基酸和带电氨基酸）和W2（大体积的芳香族氨基酸和含硫氨基酸），并采用线性级联同一酶的两个突变体的方式构建出重组L-氨基酸脱氨酶菌株S3，该菌株对六种选定底物的转化率>90%，产量>100 g/L。该方法条件温和、催化剂廉价易得、底物适用范围广泛，为α-酮酸类化合物的合成提供了一种新的策略和方法，同时为该类化合物在医药，食品，饲料及化学合成中的应用提供了基础。

论文信息：

Enhanced catalytic efficiency of L-amino acid deaminase achieved by a shorter hydride transfer distance

Yaoyun Wu, Sheng Zhang, Wei Song, Jia Liu, Prof. Xiulai Chen, Guipeng Hu, Yiwen Zhou, Prof. Liming Liu, and Prof. Jing Wu*

ChemCatChem

DOI: 10.1002/cctc.202101067