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定向进化脱乙酰头孢菌素C合成酶实现半合成头孢菌素的生物转化

   日期:2016-07-09     来源:上海工业生物技术研发中心    浏览:858    评论:0    
核心提示:脱乙酰头孢菌素C合成酶(DACS)是由棒状链霉菌合成的一种依赖2-酮戊二酸的加氧酶,头孢菌素类抗生素的生物合成机理即改变基头孢菌素C(DAOC)的惰性甲基为脱乙酰头孢菌素C(DAC)的活性羟基基团,这一步化学方法很难完成。通过生物酶法由头孢菌素G出发,利用DACS促进半合成头孢菌素中间体7-氨基头孢烷酸(7ACA)、羟甲基-7-氨基-头孢烷酸(HACA)的生成,7ACA、HACA是部分半合成头孢菌素制造生产的核心中间体,其价格昂贵,因此,开发一项具有成本效益的酶技术制造这些中间体是重要的。
  
 定向进化脱乙酰头孢菌素C合成酶实现半合成头孢菌素的生物转化

 

  脱乙酰头孢菌素C合成酶(DACS)是由棒状链霉菌合成的一种依赖2-酮戊二酸的加氧酶,头孢菌素类抗生素的生物合成机理即改变基头孢菌素C(DAOC)的惰性甲基为脱乙酰头孢菌素C(DAC)的活性羟基基团,这一步化学方法很难完成。通过生物酶法由头孢菌素G出发,利用DACS促进半合成头孢菌素中间体7-氨基头孢烷酸(7ACA)、羟甲基-7-氨基-头孢烷酸(HACA)的生成,7ACA、HACA是部分半合成头孢菌素制造生产的核心中间体,其价格昂贵,因此,开发一项具有成本效益的酶技术制造这些中间体是重要的。

本文重在鉴定DACS催化头孢霉素G生成中间体。但是天然酶DACS对于头孢菌素G底物及类似物基本没有活性,研究人员通过随机、理性、半理性、计算模拟等定向进化策略提高DACS酶活性,运用以上方法,获得了一些活性较好的DACS。这些活性较好的DACS在一定时间内稳定且以可溶性形式表达,具有非常高的Kcat/Km值。其中DACS变体CefFGOS具有较好的有效性和工业可扩展性,大约80min可完全转化18g/L头孢菌素G为脱乙酰头孢菌素G(DAG),较高的底物浓度情况下结果同样具有重复性,随后的反应中大约30min,DAG可全部转化为HACA,从而促进商业的可拓展性。

定向进化脱乙酰头孢菌素C合成酶实现半合成头孢菌素的生物转化定向进化脱乙酰头孢菌素C合成酶实现半合成头孢菌素的生物转化

Fig1. (A)目前应用的由头孢菌素C合成7ACA和HACA.(B)DACS催化的生物合成反应.(C)由CephG合成7ACA和HACA.

 
     
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