生物催化不对称羰基还原胺化反应的探索

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    21072151
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    36.0万
  • 负责人：
    朱敦明
  • 依托单位：
    中国科学院天津工业生物技术研究所
  • 学科分类：
    B0111.仿生与绿色合成
  • 结题年份：
    2013
  • 批准年份：
    2010
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2011-01-01 至2013-12-31

项目摘要

手性胺是非常重要的医药、农药等精细化学品的中间体。在诸多的手性胺合成方法中，羰基化合物的不对称还原胺化反应具有很大的吸引力，因为反应的唯一副产物是水，从原子经济学和对环境的影响的角度来看，都具有极大的优越性。但是直接不对称还原胺化反应还是有机合成中的一个重大挑战，现有的方法基本上都是使用胺作为氨基给体，利用NH3作为氨基给体更是有机化学中尚未解决的难题。本项目就是要试图解决这一有机合成中的关键科学问题，在L-氨基酸脱氢酶催化alpha-羰基羧酸的不对称还原胺化生成L-alpha-氨基酸的基础上，发现高选择性的酶催化剂，以NH3作为氨基给体，实现alpha-羰基羧酸不对称还原胺化反应生成光学纯D-alpha-氨基酸，以及beta-羰基羧酸的不对称还原胺化生成光学纯的beta-氨基酸，并研究这些酶的结构与性能的关系，为进一步实现其它类型的羰基化合物不对称还原胺化反应打下坚实的基础。

结项摘要

手性胺是非常重要的医药、农药等精细化学品的中间体。在诸多的手性胺合成方法中，羰基化合物的不对称还原胺化反应具有很大的吸引力，因为反应的唯一副产物是水，从原子经济学和对环境的影响的角度来看，都具有极大的优越性。但是直接不对称还原胺化反应还是有机合成中的一个重大挑战，现有的方法基本上都是使用胺作为氨基给体，在不对称还原胺化后再把胺上的取代基去掉，而利用NH3作为氨基给体则是有机化学中尚未解决的难题。本项目发现来源于Symbiobacterium thermophilum的meso-二氨基庚二酸脱氢酶是目前报道的第一个具有催化多种2-酮酸还原氨化生成D-氨基酸的野生型meso-二氨基庚二酸脱氢酶，该酶的热稳定性也是目前文献报道中最高的。晶体结构分析表明在Met152的两边形成了两个底物进入通道，天然底物DAP通过其中一个较大的通道进入而发生反应；Met152处于另一底物通道的瓶颈，因而该通道只能通过较小的底物，如D-丙氨酸和丙酮酸。这与已知的该类酶的晶体结构不同，从而揭示了StDAPDH具有特殊底物谱的分子机制，也为设计改造以拓展其催化性能及应用奠定了坚实的基础。研究证明通过对StDAPDH底物L-手性中心周围的氨基酸残基进行设计改造，可以获得不同的D-氨基酸脱氢酶，合成不同的D-氨基酸，从而建立了一个利用氨基酸脱氢酶催化合成D-氨基酸的平台技术。克隆表达了3个不同来源的3,5-二氨基己酸脱氢酶，底物谱分析发现，这些酶对β-氨基酸及β-酮酸没有活性。通过基于L--氨基酸脱氢酶催化机理推测和丙氨酸扫描确定了此酶的催化活性位点。结合模拟结构的结构功能域分析及鉴定的催化活性位点，构建了85个逐点饱和扫描突变库，对这些突变库进行筛选获得对β-homomethionine, β-phenylalanine (β-Phe) 和β-aminobutyric acid具有催化活性的突变体，并首次利用β-氨基酸脱氢酶催化β-酮酸还原胺化合成β-氨基酸。本项目按研究计划达到了研究目标，获得了预期成果。

项目成果

期刊论文数量（5）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（2）
专利数量（0）
Substrate profile of an -transaminase from Burkholderia vietnamiensis and its potential for the production of optically pure amines and unnatural amino acids
基板轮廓
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Jinju Jiang;Xi Chen;Jinhui Feng;Qiaqing Wu;Dunming Zhu
  • 通讯作者：
    Dunming Zhu
Substrate profiling of cyclohexylamine oxidase and its mutants reveals new biocatalytic potential in deracemization of racemic amines
环己胺氧化酶及其突变体的底物分析揭示了外消旋胺去消旋化的新生物催化潜力
  • DOI：
    10.1007/s00253-013-5028-1
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    Applied Microbiology and Biotechnology
  • 影响因子：
    5
  • 作者：
    Guangyue Li;Jie Ren;H. Iwaki;Dalong Zhang;Y. Hasegawa;Qiaqing Wu;Jinhui Feng;Peter C. K. Lau;Dunming Zhu
  • 通讯作者：
    Dunming Zhu
A Novel meso-Diaminopimelate Dehydrogenase from Symbiobacterium thermophilum . Overexpression, Characterization and Potential for D-amino Acid Synthesis
来自嗜热共生菌的新型内消旋二氨基庚二酸脱氢酶。
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    Applied and Environmental Microbiology
  • 影响因子：
    4.4
  • 作者：
    Xiuzhen Gao;Xi Chen;Weidong Liu;Jinhui Feng;Qiaqing Wu;Ling Hua;Dunming Zhu
  • 通讯作者：
    Dunming Zhu
Structural and Mutational Studies on the Unusual Substrate Specificity of meso-Diaminopimelate Dehydrogenase from Symbiobacterium thermophilum
嗜热共生菌内消旋二氨基庚二酸脱氢酶异常底物特异性的结构和突变研究
  • DOI：
    10.1007/s11222-015-9581-6
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    ChemBioChem
  • 影响因子：
    3.2
  • 作者：
    Weidong Liu;Zhe Li;Chun-HSiang Huang;Rey-Ting Guo;Leiming Zhao;Dalong Zhang;Xi Chen;Qiaqing Wu;Dunming Zhu
  • 通讯作者：
    Dunming Zhu
Engineering the meso-Diaminopimelate Dehydrogenase from Symbiobacterium thermophilum by Site Saturation Mutagenesis for D-Phenylalanine Synthesis
通过位点饱和诱变从嗜热共生菌中改造内消旋二氨基庚二酸脱氢酶以合成 D-苯丙氨酸
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY
  • 影响因子：
    4.4
  • 作者：
    Gao; Xiuzhen;Huang; Fang;Feng; Jinhui;Chen; Xi;Zhang; Hailing;Wang; Zhixiang;Wu; Qiaqing;Zhu; Dunming
  • 通讯作者：
    Dunming

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其他文献

内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶关键氨基酸位点的改造提高对烷基取代2-酮酸的催化活力
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  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
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  • 通讯作者：
    朱敦明
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    --
  • 发表时间：
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  • 期刊：
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
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  • 通讯作者：
    朱敦明
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  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
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  • 影响因子：
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  • 通讯作者：
    朱敦明
氨基酸脱氢酶的催化机理、分子改造及合成应用
  • DOI：
    10.13343/j.cnki.wsxb.20170164
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    微生物学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    陈曦;高秀珍;朱敦明
  • 通讯作者：
    朱敦明

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朱敦明的其他基金

酶催化精准构筑单一构型的含多个手性中心的有机胺化合物
  • 批准号：
  • 批准年份：
    2020
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    21778072
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    面上项目

相似国自然基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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