63-91-2/生物催化級聯反應：從生物基L-苯丙氨酸到高價值的手性化合物

利用綠色、可持續發展的手段從纖維素或者半纖維素來源的糖合成高價值的精細手性化合物，一般可分為兩種策略。其一，應用代謝工程及合成生物學的手段，通過生物質微生物發酵生產生物基的大宗化合物，再通過生物催化劑的催化將大宗化合物轉化為高價值的手性化合物。其二，將手性化合物的合成與微生物的天然代謝途徑相偶聯(圖1)。

圖1：從生物質出發的高價值手性化合物合成策略

最近，新加坡國立大學化學與生物分子學院的Li Zhi課題組發表在德國應化的文章（Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,11647–1165），設計構建了從生物基的大宗化合物L-苯丙氨酸(S)-1出發合成多種重要的手性化合物：(S)-4、(R)-5、(S)-5、(S)-7、(S)-9 (圖2)。結果證明這個涉及到3-8步、10個酶的級聯反應是一條高效、綠色的合成路線。

圖2. L-苯丙氨酸出發合成多種中藥手性化合物

多酶級聯反應的最大難點是復雜的關鍵限速步驟的反應調控。作者巧妙地設計了將多個重組質粒（最多包含了四個重組質粒）同時導入到大腸桿菌E. coli并讓其過量表達。因此，每一步反應皆是只需通過一種重組菌的靜息細胞催化，大大降低了實驗的操作繁瑣性。通過優化，建立了一個KP buffer：油酸乙酯的兩相反應體系。應用靜息細胞的“一鍋煮”反應，在24h內達到84–96%的轉化率、96-99%的ee值。反應放大至100 ml KP buffer/10 ml EO (10:1)的制備級反應，反應效果仍然很好，獲得產品376–1082 mg，分離得率62–78%，ee值為 96–99%。

作者設計的新路線，從生物質出發，是一種綠色、環境友好的合成路線。并且可以作為其他天然氨基酸經非天然轉化為精細化合物的多酶催化級聯反應構建的 模型。已經建立好的多酶級聯路線可以和微生物自身的初級代謝途徑相偶聯，為從葡萄糖出發直接合成精細化合物提供了新思路，這也是作者接下來可能研究的方向。