非天然的d-氨基酸除了具有天然氨基酸的大部分功能外，还具有天然氨基酸所不具备的优良性能，在药物合成（医药和农药）、食品、化妆品等方面具有广泛的用途。利用d-氨基酸脱氢酶可以以酮酸和铵盐为原料通过还原氨化一步生成d-氨基酸。然而，d-氨基酸脱氢酶很少存在于自然界中，研究最多的是一类meso-二氨基庚二酸脱氢酶（DAPDH）。DAPDH及其突变体可以不对称还原胺化2-酮酸生成对应的d-氨基酸，如d-缬氨酸、d-亮氨酸、d-苯丙氨酸等。但是，DAPDH很难作用于一些大位阻的2-酮酸，如3,3-二甲基-2-氧代丁酸、苯乙醛酸和吲哚-3-丙酮酸。
中国科学院天津工业生物技术研究所研究员朱敦明、吴洽庆带领的生物催化与绿色化工团队，在前期研究工作基础上（Applied and Environmental Microbiology 2012，Applied and Environmental Microbiology 2013和 ChemBioChem 2013），探索该类酶的分子机制并拓展其在d-氨基酸合成方面的应用潜力，对来源于Symbiobacterium thermophilum的meso-二氨基庚二酸脱氢酶（StDAPDH）进行半理性设计及饱和突变，获得一株突变体W121L/H227I，不仅对大位阻2-酮酸底物展现出优良的活性，成功合成了对应的d-氨基酸（d-苯甘氨酸，d-色氨酸，d-叔亮氨酸），而且提高了对其他结构2-酮酸的比活力。通过docking模拟，将底物与野生型和突变体进行分子对接，发现突变之后的底物结合口袋发生了重塑，不仅可以容纳这些大位阻底物，同时拉近了底物与辅酶之间的催化距离，使其获得对大位阻底物的催化活性。这一结果为进一步重塑底物结合口袋，获得高活性的d-氨基酸脱氢酶以合成更具挑战性的d-氨基酸提供了基础。相关研究成果已发表于Catalysis Science & Technology。
该研究工作得到国家自然科学基金（No.21778072）、天津市科学技术委员会（15PTCYSY00020和15PTGCCX00060）的支持。天津工生所博士研究生程新宽为论文的第一作者。
StDAPDH突变体W121L/H227I不对称胺化大位阻2-酮酸合成d-氨基酸
11-01 来源：中国科学院|编辑：确牛
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