ω-氨基酸（ω-AAs）和內(nèi)酰胺是存在于許多天然和合成生物活性化合物中的重要結(jié)構(gòu)單元，廣泛應(yīng)用于聚酰胺生產(chǎn)中。工業(yè)上，以環(huán)己酮為主要前體合成己內(nèi)酰胺，再通過(guò)己內(nèi)酰胺開(kāi)環(huán)聚合制備尼龍6聚合物。到目前為止，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多用于生產(chǎn)ω-AAs的生物催化方法。但是，能夠從廉價(jià)原料合成內(nèi)酰胺的完整生物合成途徑仍在開(kāi)發(fā)中，并且需要設(shè)計(jì)良好的具有高活性酶的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。
近期，韓國(guó)建國(guó)大學(xué)的HyungdonYun課題組報(bào)道了一種通過(guò)輔因子/副產(chǎn)物循環(huán)級(jí)聯(lián)的方法由環(huán)烷胺合成己內(nèi)酰胺。
圖片來(lái)源：Angew. Chem. Int. Ed.
該方法是通過(guò)設(shè)計(jì)了一個(gè)以環(huán)烷胺（1）為多方面原料的智能循環(huán)級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)（1）用作轉(zhuǎn)氨的胺供體時(shí)，其相應(yīng)的脫氨基酮（2）用作CHMO生成內(nèi)酯（3）的底物。乳糖酶（LA）催化3的自發(fā)水解開(kāi)環(huán)，得到羥基脂肪酸（4），再經(jīng)醛還原酶（AHR）轉(zhuǎn)化為含氧脂肪酸（5）。隨后，5被ω-TA胺化得到ω-AA（6）作為中間體，最后通過(guò)工程化環(huán)化酶將該開(kāi)鏈類(lèi)似物（6）環(huán)化成相應(yīng)的內(nèi)酰胺（7）。在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中只消耗了化學(xué)計(jì)量的氧分子，達(dá)到了反應(yīng)的原子經(jīng)濟(jì)性。
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這種輔因子/副產(chǎn)物循環(huán)級(jí)聯(lián)的方法需要起始中間體來(lái)觸發(fā)級(jí)聯(lián)，并生成后續(xù)酶的底物。因此，對(duì)中間體4的濃度進(jìn)行了優(yōu)化。當(dāng)中間體4的濃度為3mM時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)90%以上的轉(zhuǎn)化率。
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此外，還對(duì)不同來(lái)源的環(huán)化酶及其突變體進(jìn)行了底物譜的篩選。
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由于全細(xì)胞生物轉(zhuǎn)化具有成本效益和酶穩(wěn)定性方面的優(yōu)勢(shì)，因此進(jìn)一步嘗試開(kāi)發(fā)一種包含各種載體組合的全細(xì)胞大腸桿菌系統(tǒng)。采用全細(xì)胞催化，ω-AAs（6）的總轉(zhuǎn)化率為80%，相應(yīng)的己內(nèi)酰胺（7a）的總轉(zhuǎn)化率為75%。
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參考文獻(xiàn)：An Integrated Cofactor/Co-Product Recycling Cascade for theBiosynthesis of Nylon Monomers from Cycloalkylamines
Angew. Chem. Int. Ed.
DOI：10.1002/anie.202012658
原文作者：Sharad Sarak, Sihyong Sung, Hyunwoo Jeon, MaheshD. Patil, Taresh P. Khobragade, Amol D. Pagar, Philip E. Dawson, and Hyungdon Yun*
