6-氨基己酸和己內(nèi)酰胺是合成尼龍6(聚己內(nèi)酰胺)的重要結(jié)構(gòu)單元。工業(yè)上，尼龍6生產(chǎn)工藝主要以苯酚為原料，首先將苯酚氫化生成環(huán)己醇，然后脫氫形成環(huán)己酮，進一步氧化得到環(huán)己酮肟；環(huán)己酮肟以相同量的發(fā)煙硫酸轉(zhuǎn)座生成己內(nèi)酰胺；己內(nèi)酰胺在高溫(260℃)下水解開環(huán)，生成6-氨基己酸，縮聚形成聚己內(nèi)酰胺。生物催化以酶為催化劑進行化學(xué)反應(yīng)，具有反應(yīng)條件溫和、立體選擇性高和環(huán)境友好等優(yōu)點，已成為手性化合物綠色制造的重要工具之一。以環(huán)己醇為出發(fā)原料，利用生物催化的方法生產(chǎn)6-氨基己酸，需要構(gòu)建六個酶參與的多酶級聯(lián)反應(yīng)體系，且轉(zhuǎn)化率低，僅為24% 。
最近，韓國建國大學(xué)的Hyungdon Yun課題組報道了一種通過輔因子/輔產(chǎn)物自循環(huán)的新型多酶級聯(lián)系統(tǒng)，能夠催化環(huán)烷胺合成己內(nèi)酰胺。如圖1所示，整個反應(yīng)過程僅消耗化學(xué)計量的氧氣，原子經(jīng)濟性高，環(huán)境友好，能將50 mM 的底物完全轉(zhuǎn)化，得到96%的ω-氨基酸(ω-AAs)產(chǎn)物。近日，他們在Angewante Chemie International Edition上發(fā)表了題為"An Integrated Cofactor/Co-Product Recycling Cascade for the Biosynthesis of Nylon Monomers from Cycloalkylamines"的研究。
如圖2所示的詳細合成路徑，該輔因子/輔產(chǎn)物自循環(huán)級聯(lián)反應(yīng)以環(huán)烷胺1為起始原料，作為轉(zhuǎn)氨的胺供體，其相應(yīng)的脫氨基酮2在CHMO的作用下生成內(nèi)酯3；內(nèi)酯酶(LA)催化3水解開環(huán)，得到羥基脂肪酸4，再經(jīng)過醛還原酶(AHR) 轉(zhuǎn)化為醛基脂肪酸5；隨后，5在ω-轉(zhuǎn)氨酶(ω-TA)作用下得到ω-氨基酸6，最后利用環(huán)化酶將6環(huán)化成相應(yīng)的內(nèi)酰胺7。該路線中的ω-TA可以利用環(huán)烷胺中的氨基合成ω-氨基酸，從而使整個反應(yīng)過程中無需額外的氨基供體，有別于ω-TA介導(dǎo)的傳統(tǒng)合成路線中需要過量的有機胺作為胺供體。
此工作構(gòu)建的新型輔因子/輔產(chǎn)物自循環(huán)級聯(lián)體系為尼龍單體內(nèi)酰胺的生物合成提供了新策略，其設(shè)計方法和理念為多酶級聯(lián)反應(yīng)和綠色生物制造提供了靈感和新思想。
