新型单加氧酶的筛选、性能及用于C-H键活化和药物分子组合衍生的研究

C-H键活化是药物合成和改造中的关键步骤，而单加氧酶在催化C-H键选择性活化上具有独特的优势。采用高通量筛选技术，快速获取高活力单加氧酶，同时针对性地考察其对药物基本骨架分子的催化作用，获得能够高选择性催化药物骨架分子内C-H键活化的单加氧酶。通过酶、细胞、反应工程的手段进一步提高酶的催化性能，包括活性和选择性、耐底物浓度、耐有机溶剂等，使其成为真正的工具酶。在此基础上，通过脂肪酶、糖基转移酶等其他生物催化剂引入不同的官能团，最终通过组合生物催化建立药物分子衍生物的模型库。研究结果将直接推动单加氧酶这一十分重要的工具酶在有机合成中的应用研究；同时将为从药物骨架分子出发进行组合衍生，系统构建结构多样、品种丰富的化合物库建立可行的科学方法，对满足新药研发过程中先导化合物衍生物在结构和数量上的需求和加快药物的筛选进程具有重要意义。

本项目采用高通量筛选技术,以吲哚、苯甲硫醚等底物为模型底物，筛选获得了包括硫醚单加氧酶在内的一批活性较好的单加氧酶。通过多序列比对设计简并引物，从红球菌基因组中克隆得到了一个新的P450单加氧酶，对该蛋白一级结构保守序列进行分析发现该蛋白为一种融合蛋白，包含一个亚铁血红素区域、一个黄素还原酶区域和一个硫铁蛋白区域，不需要额外的电子传递链，属于稀有的自给自足型单加氧酶。目前已经获得了这一单加氧酶的晶体结构，正在进行结构解析，这将是第一个自给自足型单加氧酶的结构。利用红球菌ECU0066的整细胞作为催化剂成功地制备了一系列光学活性手性亚砜，在此基础上采用单加氧酶和化学法相结合的路线来合成了具有药物活性的手性亚砜化合物。针对红球菌单加氧酶催化模型底物苯甲硫醚的氧化反应进行了系统的研究，通过使用固定化细胞和两相体系等手段减缓了底物的毒性，提高了产物浓度；通过引入辅酶再生系统提高了辅酶再生的效率，从而提高了酶促单加氧反应的转化率。