手性環氧化合物是合成醫藥、香料和功能材料的重要中間體。檸檬烯作為萜烯化合物，其手性環氧產物在手性試劑和生物基聚合物制備方面具有應用價值。然而，現有的生物催化方法存在底物負載量低、產物收率不高、立體選擇性差等問題，制約了其工業應用。
中國科學院成都生物研究所聯合河南農業大學、巴基斯坦伊斯蘭堡COMSATS大學等，將苯乙烯單加氧酶應用于脂肪族萜烯的環氧化反應，實現了檸檬烯的高立體選擇性環氧化，為可再生原料制備高價值手性環氧化物提供了新策略。
該研究篩選了18種不同來源的苯乙烯單加氧酶，發現來自Streptomyces gardneri的SgStyA表現出獨特的反式選擇性和較高的催化效率。AlphaFold結構預測和分子對接分析確定了控制立體選擇性的三個關鍵殘基位點即F50、F194和V209。
進一步，該研究通過系統的定點突變與組合突變揭示了“位阻調控”立體選擇性的機制：第50位和第209位殘基的大小共同決定產物的立體構型。基于這一機制，研究構建了三個關鍵突變體——SgStyA-M1具備順式選擇性，SgStyA-M2為順式選擇性，SgStyA-M3表現出反式選擇性。這些突變體對(R)-(+)-檸檬烯表現出優異的立體選擇性，并對(S)-(-)-檸檬烯顯示出互補的立體選擇性，進而實現了四種手性純檸檬烯-1,2-環氧化物的高效制備。
為闡明立體選擇性調控的分子機制，該研究開展了分子動力學模擬。結果顯示，第50位殘基的大小影響底物的接近程度，第194和第209位殘基通過空間位阻協同調控底物的結合取向。在SgStyA-M1中，較小的Leu50允許底物更接近，配合較大的Phe194和Ile209引導底物形成利于順式環氧化的構象；在SgStyA-M3中，體積較大的Trp50阻止底物過度接近，較小的Met194和Val209為底物提供足夠空間，形成利于反式環氧化的構象。同時，在放大制備實驗中，以SgStyA-M2和SgStyA-M3全細胞催化4 mM (R)-檸檬烯，產物的收率分別達到83.1%和83.6%。
上述研究將苯乙烯單加氧酶的底物范圍拓展至脂肪族萜烯類化合物，豐富了生物催化立體選擇性環氧化的酶工具箱，也為基于可再生資源綠色合成高附加值手性化合物提供了可持續的新途徑。
相關研究成果發表在《美國化學會-催化》（ACS Catalysis）上。研究工作得到國家自然科學基金和中國科學院相關項目等的支持。
論文鏈接
本文鏈接：研究實現苯乙烯單加氧酶催化萜烯類化合物高立體選擇性環氧化http://www.sq15.cn/show-12-1678-0.html
聲明：本網站為非營利性網站，本網頁內容由互聯網博主自發貢獻，不代表本站觀點，本站不承擔任何法律責任。天上不會到餡餅，請大家謹防詐騙！若有侵權等問題請及時與本網聯系，我們將在第一時間刪除處理。