手性雜環(huán)化合物是許多天然產(chǎn)物和合成藥物的核心結(jié)構(gòu)，與許多重要的生物活性和藥用功能密切相關(guān)。酰胺酶是一種重要的水解酶，通過氨的釋放催化伯酰胺轉(zhuǎn)化為羧酸。在大量的酰胺酶和含有酰胺酶的微生物中，有些已被開發(fā)用于中手性或前手性二胺的不對稱化催化。
盡管不對稱生物催化具有一定的優(yōu)點(diǎn)，酶的天然選擇性通常只產(chǎn)生手性產(chǎn)物的一個對映體。然而，由于一對相反的對映體可以具有不同的生物活性和功能，并且在生物和醫(yī)學(xué)應(yīng)用中通常需要應(yīng)用兩種對映體，因此對于這一點(diǎn)來說，不對稱生物催化具有局限性。
近期，中科院化學(xué)所報(bào)道了通過理性設(shè)計(jì)工程化酰胺酶，對內(nèi)消旋O-雜環(huán)二甲酰胺化合物進(jìn)行不對稱生物催化，用于高效合成兩種功能化環(huán)基序的對映體。
圖片來源：ACS Catal.
該研究以酰胺酶結(jié)構(gòu)為導(dǎo)向，在通過分子對接所提出的酶底物結(jié)合模型的基礎(chǔ)上，通過理性設(shè)計(jì)對酰胺酶進(jìn)行突變。
圖片來源：ACS Catal.
通過理性設(shè)計(jì)出的10個突變體，便篩選出可實(shí)現(xiàn)酰胺酶對映選擇性的反轉(zhuǎn)和底物擴(kuò)增。在溫和條件下可快速高產(chǎn)率的獲得產(chǎn)物的兩個對映體，其ee值可達(dá)到99.5%。
圖片來源：ACS Catal.
此外，該工程化生物催化劑具有廣泛的底物混雜性，能以高效、優(yōu)良的對映選擇性擴(kuò)展到N-雜環(huán)和碳環(huán)二甲酰胺。
圖片來源：ACS Catal.
通過分子動力學(xué)模擬和量子力學(xué)/分子力學(xué)模擬，揭示了野生型和突變體酰胺酶的不對稱催化機(jī)理，該催化是通過底物環(huán)骨架的嵌套對活性位點(diǎn)和結(jié)合位點(diǎn)之間的微妙合作進(jìn)行的。
圖片來源：ACS Catal.
參考文獻(xiàn)：Reversal and Amplification of the Enantioselectivity of BiocatalyticDesymmetrization toward Meso Heterocyclic Dicarboxamides Enabled by RationalEngineering of Amidase
ACS Catal. 2021, 11, 6900?6907
原文作者：Yu-Fei Ao,* Hui-Juan Hu, Cheng-Xin Zhao, Peng Chen, Tingting Huang,Hui Chen,* Qi-Qiang Wang, De-Xian Wang, and Mei-Xiang Wang
