湖南师范大学王健博教授课题组J. Am. Chem. Soc.：拓展氧化酶-过氧化酶互惠互利系统应用于不对称催化串联反应

氧气作为一种常见的氧化剂，存在于诸如呼吸作用、代谢过程以及营养化等各类生命过程中。然而当其作为氧化剂被氧化酶利用时，在还原过程中不可避免地会产生各类过氧化物，其中最为常见的是过氧化氢。过氧化氢作为一种潜在的细胞毒素，会以各种方式对核酸、蛋白质等大分子造成损伤。针对过氧化氢带来的氧化压力，生物体发展了一系列应对方法，最为常见是过氧化氢酶以及过氧化酶催化的解毒反应，前者可将过氧化氢分解成水和氧气，后者则可以利用过氧化氢作为氧化剂，催化有机分子的氧化反应。

针对氧化酶具有活化氧气产生过氧化氢，同时兼具催化氧化反应的活性，结合过氧化酶可以利用过氧化氢作为氧化剂催化氧化反应，在产生新的两步氧化产物的同时解除过氧化氢对体系内各类酶的毒性这一特性，近日，湖南师范大学的王健博教授（点击查看介绍）课题组设计了一个以P450过氧化酶-P450单加氧酶互惠互利体系为核心的酶促串联反应，并将其应用于苯乙二醇的不对称合成中，此项工作近期以通讯的形式发表在J. Am. Chem. Soc上。

氧化酶-过氧化酶互惠互利体系概念

该反应利用P450过氧化酶OleT_JE将底物苯丙酸脱羧氧化为苯乙烯，P450单加氧酶P450-BM3将苯乙烯氧化成R型氧化苯乙烯，利用水解酶ANEH将氧化苯乙烯开环水解生成R型苯乙二醇类产物。反应所需的电子由甲酸脱氢酶通过NADPH消耗甲酸铵供应。其核心反应是OleT_JE和P450-BM3组成的互惠互利体系，后者在催化第二步反应，即苯乙烯环氧化之外，还提供了前者所需的氧化剂过氧化氢，而前者则通过利用过氧化氢作为氧化剂对苯丙酸进行氧化脱羧形成苯乙烯，既为第二步氧化反应提供了原料，也解除了氧化酶产生的过氧化氢给整个体系带来的氧化压力。通过对P450-BM3进行定向进化的改造，提高了其催化苯乙烯环氧化的立体选择性，同时通过巧妙的过氧化氢酶添加实验证实了过氧化氢对第二步反应的抑制作用以及在整个反应中的启动功能。最后，为了实现整个串联反应的经济性，作者将水解酶ANEH与P450-BM3串联，实现了单细胞表达两种酶。系统中所有酶均可以粗酶冻干粉形式作为催化剂，通过优化两种氧化酶的比例以及体系盐浓度，模式反应的转化率获得了显著的提高。进一步拓展底物发现，该串联反应对于选定的9种底物均实现较高的转化率和对映选择性。

串联反应示意图

这一工作拓展了生物催化串联反应的用途，并且揭示了其中的反应机制，为这一类串联反应用于绿色经济合成有用的化学产品提供了有效的指导。湖南师范大学为第一通讯单位，王健博教授和Manfred. T. Reetz教授为共同通讯作者。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Exploiting Designed Oxidase–Peroxygenase Mutual Benefit System for Asymmetric Cascade Reactions

Da Yu, Jian-bo Wang and Manfred T. Reetz

J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 5655, DOI: 10.1021/jacs.9b01939

王健博

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