基于结构导向的胺脱氢酶TvAmDH工程化改造提升(R)-(+)-α-甲基苄胺不对称合成催化性能

《Bioorganic Chemistry》：Structure-guided engineering of amine dehydrogenase TvAmDH for enhanced catalytic performance in the asymmetric synthesis of ( R)-(+)-α-Methylbenzylamine

本研究通过结构导向的蛋白质工程策略，成功将普通热放线菌来源的亮氨酸脱氢酶（LeuDH）改造为高性能胺脱氢酶（AmDH）。关键突变体TvAmDH-M2（K68S/N261L/V294A/N208K）对苯乙酮的催化效率（kcat/Km）提升15.5倍，在100 mM高底物浓度下24小时内实现91%转化率，立体选择性>99% ee，其11.0 g·L?1·d?1的时空产率和303.3的NADH总转化数均创当前最高纪录，为手性胺绿色合成提供高效新方案。

　　

Highlight

通过活性口袋重塑和辅酶结合优化，四重突变体TvAmDH-M2（K68S/N261L/V294A/N208K）对苯乙酮和NADH的催化效率（k_cat/K_m）分别实现15.5倍和10.3倍的显著提升。该突变体不仅成功激活了两种原本无活性的酮类底物，还对另外21种底物表现出1.2至4.8倍的活性增强。计算分析表明，性能提升主要源于活性口袋扩张和新相互作用形成，这些变化有效稳定了大体积底物与NADH的结合，并促进了催化活性构象的形成。

结论

总而言之，本研究成功将普通热放线菌来源的亮氨酸脱氢酶（LeuDH）工程化改造为新型胺脱氢酶（AmDH）TvAmDH，能够以优异立体选择性催化苯乙酮还原胺化生成(R)-(+)-α-甲基苄胺。通过活性口袋重塑和辅酶结合优化，四重突变体TvAmDH-M2展现出显著增强的催化效率，同时保持了卓越立体选择性并拓宽了底物范围。计算分析揭示了突变引起活性口袋构象变化与催化性能提升之间的构效关系，为后续AmDH的理性设计提供了重要理论依据。该工程化胺脱氢酶在100 mM高底物浓度下实现高效转化，展现出工业化生产手性胺类化合物的巨大潜力。