利用工程化羟基腈裂解酶实现手性氰醇的可持续生物催化合成

《ChemBioChem》：Sustainable Biocatalytic Synthesis of Chiral Cyanohydrins Using Engineered Hydroxynitrile Lyases

阿魏酶变体在合成对映纯氰醇中的应用研究。通过饱和诱变改造Arabidopsis thaliana羟基氰醇裂解酶（AtHNL）F179和Y14位点，筛选出九个活性优于野生型的变体。优化八项关键生物催化参数后，该酶变体可高效催化21种芳香醛不对称加氢生成R-氰醇（产率达98%，光学纯度>99.9%），其中18种醛为首次报道。分子模拟证实变体催化效率较野生型提升27倍，为工业级手性化合物绿色合成提供新策略。

　　

摘要

对映纯的氰醇是一类多功能的手性中间体，可用于合成多种生物活性分子和救命药物。因此，对高效且可持续制备这些化合物的需求显著增加。我们旨在利用野生型及经过工程改造的拟南芥（Arabidopsis thaliana）羟基腈裂解酶（AtHNL）来合成它们。通过对AtHNL进行饱和突变（位点F179和Y14），并使用Feigl-Anger纸基检测方法筛选这些突变体，发现了9种比野生型具有更高活性的变体，这些变体可用于合成四种具有工业价值的手性氰醇。通过以丙酮氰醇为底物，对AtHNL的8个关键生物催化参数进行优化（以苯甲醛的非对称氢氰化反应为模型反应），我们研究了这些变体的底物适用范围。结果表明，这些酶能够将21种不同的芳香醛类转化为相应的对映纯（R）-氰醇，产率高达98%，光学纯度超过99.9%。动力学研究表明，AtHNL突变体的催化效率比野生型提高了27倍，尤其是在4-烯丙氧基苯甲醛的氢氰化反应中。分子对接和模拟研究进一步证实了这种催化性能的提升。这些发现凸显了AtHNL突变体在提高催化活性、扩大合成范围以及实现工业相关手性氰醇的可持续合成方面的潜力。

图形摘要

野生型及工程改造后的拟南芥羟基腈裂解酶能够高效地合成21种结构多样的醛类化合物，其中18种是首次被这些酶所利用的，生成的对映纯（R）-氰醇具有优异的对映选择性和转化率。与野生型相比，这些突变体的催化效率提高了27倍以上。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

本研究的支持数据详见本文的补充材料。