2024年11月6日下午14点，2024年第13期酶学论坛在生命科学楼247会议室成功举办。本期论坛由郑良玉教授指导的2020级博士研究生姜男同学主讲，报告题目为《ω-转氨酶的理性“重塑”及用于高效制备手性内酰胺的研究》。论坛由黄宜兵副教授主持，15位师生参加了本次论坛。
光学活性内酰胺化合物作为一类重要的手性胺分子，广泛存在于天然产物及活性药物成分中。通常使用希腊字母表示环的元数，将其分类为β-内酰胺 (四元环)、γ-内酰胺 (五元环)、δ-内酰胺 (六元环)等。其中，四元环的β-内酰胺结构在抗生素中十分常见，包括青霉素、头孢菌素等。五元环或六元环内酰胺类也广泛存在于抗肿瘤、抗抑郁症等多种手性药物中。因此引起了人们广泛的关注。
目前合成手性内酰胺最常用的方法主要分为化学合成法和生物合成法。其中，大多数化学合成方案往往操作繁琐、成本高，同时具有较为苛刻的反应条件。随着生物催化技术的不断发展，利用内酰胺酶、脂肪酶来制备手性内酰胺，但仍存在反应时间较长、转化率低等缺点。近年来，转氨酶催化的不对称转氨化反应也被报道可用于制备手性内酰胺，可以避免上述缺点，具有步骤简单、转化率高、高立体选择性等诸多优点。
利用ω-转氨酶催化不对称合成手性内酰胺这一反应模型，通过同源性分析和序列比对在NCBI基因数据库中筛选具有该潜力的酶源，最终确定来源于巨大芽孢杆菌 (Bacillus megaterium)的转氨酶ω-TABm为目标酶。将其在大肠杆菌(Escherichia. Coli, E.Coli)中进行异源表达并获得可溶蛋白后，初步测定酶活力为1.4 U/mg。
以ω-TABm为催化剂，乙酰丙酸甲酯为氨基受体，构建合成手性γ-内酰胺类化合物的反应模型。结合不同类型氨基供体的筛选，确定当4-溴苯乙胺作为胺供体时，可获得产率和e.e.p均大于99.0%的手性γ-内酰胺化合物，确定本研究建立的ω-TABm催化的不对称转胺化反应具有可行性，但对于应用而言，较低的酶活性和较长的反应时间（24 h）仍需进一步完善。
针对这一问题，本课题采用理性设计策略，结合定点饱和突变技术，对ω-TABm的活性部位进行“重塑”，发现将ω-TABm活性腔中氨基酸残基Thr120突变为Ser后，在3 h内即可获得产率和e.e.p均大于99.0%的手性γ-内酰胺化合物，酶与底物间空间位阻的降低及新形成的氢键相互作用可以帮助提升酶与底物之间的亲和力，进而提高酶催化活性。通过底物谱拓展实验，验证了ω-TABm突变体（T120S）具备一定的普适性，可作为一种高效制备手性内酰胺的重要催化剂。
在交流讨论环节，主持人黄宜兵副教授以及研究生丁奕扬，曹禄新，林子轶，姜文艳，陈英翾围绕着新酶源的挖掘、酶的合理设计以及包涵体催化功能等问题展开了热烈的讨论和经验分享。
酶学论坛是生命科学学院主办、分子酶学工程教育部重点实验室及博士生第二支部承办的研究生学术交流平台。论坛聚焦酶学及酶工程研究，其宗旨是通过酶学论坛，促进了不同学科、不同课题组、不同年级之间的交流互鉴；拓展研究生科研思维，营造良好的学术氛围，助力学院双一流建设。欢迎更多同学关注酶学论坛、参加酶学论坛、主讲酶学论坛。
报告人简介
姜男，2020级博士研究生，生物化学与分子生物学专业，导师为郑良玉教授；主要研究方向是酶的理性设计与改造以及手性药物中间体的制备，在读期间以第一作者身份发表SCI论文1篇。
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图文丨姜男 黄宜兵
编辑丨陈妍雨
审核丨高靖璇
指导老师 | 丁子芮
