一種催化藥物合成中芳香烴硝化反應(yīng)生物酶的結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、芳香烴的硝化是芳香族硝基化合物的制備中最為普遍的工藝過(guò)程，涉及大量重要化工原料的生產(chǎn)和制備，特別是在以藥物合成為代表的精細(xì)化工領(lǐng)域，對(duì)結(jié)構(gòu)選擇性的精確定點(diǎn)硝化更是有著迫切要求，比如著名的“生活方式(lifestyle)藥”西地那非核心中間體的來(lái)源即是通過(guò)芳香烴的硝化得以實(shí)現(xiàn)。芳香烴的硝化反應(yīng)工藝經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的優(yōu)化和進(jìn)步過(guò)程，逐漸淘汰了濃硫酸參與的“混酸”方案，進(jìn)而開發(fā)出一系列以催化劑為核心的液相或氣相硝化反應(yīng)，但是仍然始終無(wú)法擺脫硝酸的使用

2、，在副產(chǎn)物的控制、反應(yīng)的環(huán)境友好、原子經(jīng)濟(jì)性上均有很多亟待優(yōu)化和改進(jìn)的問(wèn)題。隨著生命科學(xué)的進(jìn)步和合成生物學(xué)的興起，以生物酶實(shí)現(xiàn)重要工業(yè)反應(yīng)的綠色催化顯得越發(fā)誘人和富有前景。
　　細(xì)胞色素P450(Cytochrome P450，CYPs)是一種血紅素依賴型生物酶，能夠通過(guò)激活氧而催化多種氧化反應(yīng)。作為一類廣泛存在的酶家族，其功能涉及從哺乳動(dòng)物體內(nèi)的脂代謝、藥物代謝，到植物體內(nèi)的三萜系化合物修飾，再到微生物體內(nèi)的生物合成和生物降解等

3、的諸多生理過(guò)程，其獨(dú)特的氧化催化能力使其自1958年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)一直為學(xué)界所持續(xù)廣泛關(guān)注。CYPs不僅在有機(jī)體內(nèi)充當(dāng)著重要的分解代謝角色，其在自然界眾多天然產(chǎn)物的合成過(guò)程中同樣具有舉足輕重的地位。雖然一段時(shí)間以來(lái)人們對(duì)這方面的關(guān)注往往較少，甚至一定程度上可以說(shuō)是為人們所忽視，但實(shí)際上這個(gè)領(lǐng)域才是讓CYPs真正大放異彩的“中央舞臺(tái)”。這其中涉及了大量非常引入入勝的化學(xué)反應(yīng)，其識(shí)別的底物更是往往具有令人驚嘆的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。在這一方面，CYPs表現(xiàn)

4、的完全不似其原來(lái)代謝角色的“包容”，而通常是只在特定的合成通路負(fù)責(zé)完成一個(gè)特定的合成工序，可想而知這意味著它們擁有十分特異的底物識(shí)別能力。
　　疥瘡鏈霉菌植物毒素薩克多敏生物合成路徑中重要的CYP酶TxtE(Thaxtomin E)能夠直接催化左旋色氨酸吲哚環(huán)的硝化，是近年鑒定的目前唯一一種可以以一氧化氮NO為原料直接實(shí)現(xiàn)芳香烴硝化的細(xì)胞色素P450家族生物酶。本文即以其為研究對(duì)象，力圖以結(jié)構(gòu)生物學(xué)手段探究該酶底物識(shí)別和反應(yīng)催化的

5、分子過(guò)程。為進(jìn)一步利用蛋白質(zhì)工程手段實(shí)現(xiàn)可能的分子改造和工業(yè)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　本論文對(duì)TxtE酶進(jìn)行異源重組表達(dá)、提純、結(jié)晶，利用同源建模和分子置換的方法成功解析了其三維晶體結(jié)構(gòu)，并在該工作基礎(chǔ)上對(duì)其底物識(shí)別特性進(jìn)行了一定程度的探討。TxtE的三維結(jié)構(gòu)清晰地展示了一條底物進(jìn)入活性位點(diǎn)的通道以及一條獨(dú)特的電子傳遞通道，隨后的工作初步判定了底物在活性中心的成鍵環(huán)境和結(jié)合形式。對(duì)TxtE的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究和底物識(shí)別特性的探討，有助于未來(lái)