近日，淮阴师范学院生物质能团队在《ACS Catalysis》期刊上发表了题为“Unlocking the substrate acceptance of phenylalanine amine dehydrogenase enables the asymmetric synthesis of pharmaceutical N-heterocyclic primary amines”的研究论文。该论文由淮阴师范学院与江南大学合作完成，淮阴师范学院为第一完成单位，相关研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助。《ACS Catalysis》是美国化学会的旗舰期刊，是催化领域的国际顶尖期刊之一，最新影响因子为11.7。

含氮结构基序，包括手性氨基和氮杂环是药物活性成分中的关键组分，同时含有这两种组分的手性氮杂环胺是众多重磅药物的构建砌块和合成中间体。因此，开发绿色高效的手性氮杂环胺合成途径是当前手性胺合成领域的主题之一。胺脱氢酶催化的潜手性羰基底物的不对称还原胺化反应具有以廉价无机氨为氨基供体、副产物仅为水等优点，符合当前强调的绿色制造理念和可持续性发展特征，在手性胺类化合物的生物合成中极具吸引力。然而，天然胺脱氢酶及其不对称催化体系的工业应用属性欠缺严重限制了其在手性氮杂环胺合成中的应用。

本论文以N-Boc-3-哌啶酮作为模型底物，首先通过基于逆向底物设计策略的起始底物筛选，对模型底物进行结构拆解，选择小尺寸的N-Boc-3-乙酸甲酯作为底物接受度改造的起始底物，并以起始底物的催化活性为筛选指标，从实验室建立的小型胺脱氢酶文库中筛选出源于栗褐芽孢杆菌（Bacillus badius）的苯丙氨酸胺脱氢酶（F-BbAmDH）作为目标氮杂环酮底物接受度改造的出发酶。随后，进一步通过基于结构指导的底物结合口袋空间位阻突变对F-BbAmDH进行底物接受度进化，获得的单点突变体V144A成功产生了模型底物N-Boc-3-哌啶酮的底物特异性，额外的两轮迭代位点组合突变构建的三点突变体V144A/V309G/L306V对N-Boc-3-哌啶酮的催化活性较单点突变体V144A提高了143.4倍。制备规模合成表明突变体V144A/V309G/L306V具有显著扩展的目标氮杂环酮底物范围，可催化一系列结构多样的N-Boc取代的氮杂环酮的不对称还原胺化，从而制备相应的高附加值手性氮杂环胺，且产物ee值>99%。基于酶-底物复合物结构特征的计算分析为突变体催化氮杂环酮底物特异性的来源和催化活性的改善提供了详细的分子见解。

本论文首次报道了基于胺脱氢酶不对称催化合成此类手性氮杂环胺，为系列重磅药物构建砌块的绿色合成提供了优良的生物催化剂，同时为生物催化不对称合成复杂手性化合物分子的共性技术体系建立提供了理论和实践基础。

图形摘要

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.4c06478

编辑：王慧 审核：严玉波