摘要：来源于革兰氏阳性短乳杆菌Lactobacillus brevis ATCC 367的乙醇脱氢酶LbADH是催化手性醇的模式酶,以四聚体的形式发挥催化活性.本研究通过计算机分子模拟进行理性设计,确定并设计LbADH中与单体间疏水相互作用及盐桥键形成相关的关键位点,通过定点突变在原始序列中引入相应的氨基酸,以改变单体间的结合能力,定向调节其催化活性和热稳定性.研究获得一个疏水突变体LbADH F146L,其在37℃下的酶活力为野生酶的8.5倍,在50℃下的酶活力为野生酶的5.6倍;其动力学参数Kcat/Km(1.99×106 L·mol-1·s-1)为野生酶(1.40×104 L·mol-1·s-1)的142倍,表明其催化效率明显提高.该研究结果表明,通过将LbADH中146位的苯丙氨酸(F146)突变为亮氨酸(L)增大疏水作用可以提高其催化活性.

摘要：聚酮天然产物包括10000多种具有广泛生物活性的分子,是获批临床药物中最著名的类别之一。已知活性先导化合物通常需要经过结构修饰改良其吸收、分布、代谢和排泄等特性,从而促进成药开发,但针对聚酮化合物的结构修饰极具挑战,需要应对聚酮骨架中大量的立体中心以及多个惰性碳原子,导致化学合成手段难以对聚酮骨架进行精准和高效的衍生化,因此,通过合成生物学方法实现其结构优化就成为了研究者们关注的热点。自然界中,绝大多数聚酮化合物主要由简单的乙酸盐和丙酸盐结构单元通过聚酮合酶组装而成,而少数存在的具有特殊结构单元的聚酮案例给了研究者以灵感——通过设置和引入非天然结构单元从而有选择性地高效改造聚酮结构。聚酮骨架的生物合成有赖于一个起始单元与多个延伸单元的组装,因此,通过人工设计延伸单元向聚酮引入预期结构被认为是精准高效改造聚酮的有力突破点。本文在此总结了近十年来报道的聚酮非天然延伸单元的三种重要的酶促合成方法,通过挖掘新颖的延伸单元合成酶并探索其底物宽泛性,或利用酶工程手段改造延伸单元合成酶的底物催化范围,获得了大量自然界不存在的延伸单元。此外,本文还归纳了利用非天然延伸单元对聚酮结构进行改造的案例,借助聚酮的天然合成途径或利用改造的合成途径达到预期目的。最后,作者讨论了该研究领域内存在的一些制约因素以及可优化的研究方向,包括聚酮合酶对非天然延伸单元的兼容性问题、非天然延伸单元的前体供给等。近年来,利用非天然延伸单元改造聚酮结构的研究兴趣和热度日益高涨,本文绘制了一份基于延伸单元改造聚酮结构研究的简明清晰的图谱,期望为加速聚酮类药物的高效开发打下坚实基础。

摘要：手性胺存在于许多生物活性物质中,是重要的手性助剂,同时也是合成天然产物及手性药物的关键中间体。2019年零售额前200名的药物中,含有手性胺结构的药物超过三成,因此发展高效、便捷合成手性胺化合物的方法是研究的重要方向。通过酶催化方法制备手性胺化合物,因具有高效性、环境友好性、经济效率高等优点,获得了学术界及工业界的广泛关注。本文所综述的亚胺还原酶(IREDs)是一类NAD(P)H依赖的氧化还原酶,可催化亚胺的不对称还原合成手性胺。IREDs具有催化效率高、区域及立体选择性强等优异的特性,在众多合成手性胺方法中脱颖而出,吸引了科研工作者的研究目光。近年来,随着生物信息学、结构生物学、高通量筛选方法的飞速发展和数据库的不断扩充,鉴定了许多不同功能的IRED,并在IRED的发现、分子改造、底物谱扩展和多酶级联应用等方面均取得了显著的成果,其中不乏一些具有工业应用价值。本文概述了IRED的结构特征及作用机理,着重介绍了IRED的分子改造和在多酶串联反应中的应用,以及在不对称催化手性胺生物合成中遇到的瓶颈、获得的突破和进展。此外还对酶法合成手性胺化合物实现工业化生产所面临的挑战及巨大潜力,以及新颖的人工生物合成途径设计对克服这些挑战的重要性进行了展望。

摘要：微生物发酵是一种经济高效、可持续的生产方式,可替代植物种植和化学合成来生产多种植物来源的药物。苄基异喹啉类生物碱作为植物来源生物碱的典型代表,具有多种重要的生理活性,已成为极具吸引力的微生物合成研究的靶标分子。随着该类生物碱天然生物合成途径逐渐被阐明以及多种酶学元件的发现,使得通过大肠杆菌和酿酒酵母等微生物宿主合成苄基异喹啉类生物碱的研究取得了重大进展。本综述着重介绍了这些进展中的突破性成果,包括苄基异喹啉类生物碱微生物合成过程中瓶颈反应的突破以及合成途径中相关酶的催化特性对代谢流的影响等,指出了微生物生产苄基异喹啉类生物碱走向工业化应用所面临的挑战,以及酶工程和新人工微生物合成途径的设计开发对克服这些挑战的重要性。