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轉(zhuǎn)氨酶簡(jiǎn)介

轉(zhuǎn)氨酶（Transaminase，ATA）是將氨基官能團(tuán)從氨基供體轉(zhuǎn)移到氨基受體（含羰基的化合物），從而制備手性氨基酸或手性胺的酶。它是一種5’-磷酸吡哆醛（pyridoxal-5’-phosphate, PLP）依賴型酶[1]。根據(jù)酶的折疊類型，PLP依賴型酶可分為7種類型（Ⅰ-Ⅶ類），轉(zhuǎn)氨酶屬于Ⅰ型（天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶家族）或Ⅳ型（D-丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶家族）PLP依賴型酶，見圖1[2]。

圖1. PLP依賴型酶超家族[2]

轉(zhuǎn)氨酶可以根據(jù)其催化反應(yīng)類型分為α-轉(zhuǎn)氨酶和ω-轉(zhuǎn)氨酶。α-轉(zhuǎn)氨酶催化的轉(zhuǎn)氨反應(yīng)發(fā)生在羧酸的α位，ω-轉(zhuǎn)氨酶中“ω”表示的是非α位，與氨基受體的羧基官能團(tuán)碳原子的位置無關(guān)，該酶可以催化轉(zhuǎn)化任意結(jié)構(gòu)的酮酸、酮、醛和胺[3]，見圖2。

圖2. 轉(zhuǎn)氨酶的催化反應(yīng)

轉(zhuǎn)氨酶通常為同源二聚體或四聚體，可以在兩個(gè)亞基的交界處形成活性中心（含PLP結(jié)構(gòu)區(qū)域、底物結(jié)合區(qū)域和催化殘基賴氨酸）。底物結(jié)合區(qū)域會(huì)因空間位置和形狀分為一大一小兩個(gè)結(jié)合口袋，分別結(jié)合底物中的氨基或羰基兩側(cè)的基團(tuán)。大口袋可以容納體積較大或帶電的基團(tuán)（如苯環(huán)、脂肪鏈、羧基等），而小口袋只能容納體積較小的基團(tuán)（如甲基、乙基等）[4]。

該酶主要用于合成手性胺、氨基酸及其衍生物，如西格列汀、瑞美吉泮、阿托吉泮、烏布吉泮、扎維吉泮等原料藥或其中間體：

實(shí)例1、制備西格列汀[5]

實(shí)例2、制備吉泮系列產(chǎn)品的中間體[6-8]

轉(zhuǎn)氨酶作為綠色生物催化劑，在合成手性胺化合物上展現(xiàn)了諸多優(yōu)勢(shì)：1）反應(yīng)條件溫和；2）高手性選擇性；3）不易生成副產(chǎn)物等。

轉(zhuǎn)氨酶的催化機(jī)理[9]

轉(zhuǎn)氨酶的催化遵循“雙底物乒乓反應(yīng)”機(jī)制，分為兩個(gè)半反應(yīng)。在前一個(gè)半反應(yīng)中，轉(zhuǎn)氨酶中參與催化的賴氨酸與磷酸吡哆醛（PLP）形成內(nèi)醛亞胺中間體（席夫堿），隨后該賴氨酸的ε-NH2作為離去基團(tuán)被氨基供體的質(zhì)子化氨基置換，內(nèi)醛亞胺變?yōu)橥馊﹣啺?，然后發(fā)生氫的遷移形成醌中間體。醌中間體容易質(zhì)子化，從而生成酮亞胺中間體，酮亞胺在活性位點(diǎn)賴氨酸的催化下水解生成相應(yīng)的產(chǎn)物酮以及帶有氨基的E-PMP中間體，從而完成氧化脫氨反應(yīng)。在第二個(gè)半反應(yīng)中，含有酮的底物受到PMP氨基的親核攻擊，得到酮亞胺，酮亞胺經(jīng)去質(zhì)子化和氫的遷移得到相應(yīng)的醌中間體和外醛亞胺，在賴氨酸的作用下得到氨基產(chǎn)物和PLP。

圖3.轉(zhuǎn)氨酶的催化機(jī)制

轉(zhuǎn)氨酶酶庫(kù)和酶開發(fā)服務(wù)介紹

尚科生物從2007年來就專注于生物酶和生物催化技術(shù)以及合成生物學(xué)技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用研究。尚科生物現(xiàn)有的轉(zhuǎn)氨酶酶庫(kù)(尚科生物代號(hào)：ES-ATA)中包含102種不同的轉(zhuǎn)氨酶，可以為客戶提供酶篩選、酶促反應(yīng)工藝優(yōu)化、酶改造和生產(chǎn)供應(yīng)服務(wù)。

四、參考文獻(xiàn)

[1] 蔡雪，孫晨陽等. 生物工程學(xué)報(bào), 2024, 40(9):2771-2785.

[2] Jeon H, Pagar AD et al. ACS Catal, 2022, 12: 13207-13214.

[3] 劉涵. ω-轉(zhuǎn)氨酶的基因挖掘及半理性改造制備手性雜環(huán)胺. [D]. 上海: 華東理工大學(xué), 2021.

[4] 蒙麗鈞. 轉(zhuǎn)氨酶在大腸桿菌中的克隆表達(dá)及應(yīng)用. [D]. 浙江: 浙江大學(xué), 2019.

[5] Christopher K. Savile, Jacob M. et al. Science, 2010, 329(16), 305-309.

[6] 李想, 柳學(xué)偉等. 一種轉(zhuǎn)氨酶突變體及其應(yīng)用：CN202210845862 .9 [P].2023-05-05.

[7] K.M.貝利克, E. 克利托爾. 制備CGRP受體拮抗劑的方法：CN201380013890.3 [P]. 2017-03-01.

[8] Ronald L H, Brian L et al, Organic Process Research & Development, 2008, 12, 1119-1129.

[9] Dourado DFAR, Pohle S et al. ACS Catal, 2016, 6: 7749-7759.