综述：扩展依赖于吡哆醛5’-磷酸的C-C键形成酶的催化能力，以实现非传统氨基酸的合成

《Current Opinion in Biotechnology》：Expanding the catalytic repertoire of C–C bond–forming pyridoxal 5′-phosphate-dependent enzymes for noncanonical amino acid formation

本文综述了PLP依赖酶（如TrpB、LTA、LTTA和UstD）在非天然氨基酸生物催化合成中的应用，强调其高立体选择性和温和反应条件，为医药和生物活性肽开发提供新策略。

　　

水谷卓（Taku Mizutani）| 安部郁郎（Ikuro Abe）

东京大学药学研究生院，日本东京

非典型氨基酸（ncAAs）是具有多种生物学和化学应用价值的药物相关分子。在各种生产策略中，利用吡哆醛-5′-磷酸（PLP）依赖性酶进行生物催化合成因其高度的立体选择性和形成新的C-C键的多功能性而受到了广泛关注。酶工程的最新进展进一步扩展了PLP依赖性酶的催化潜力，使得能够定制合成目标非典型氨基酸。在这篇简短的综述中，我们总结了通过工程化PLP依赖性酶实现的生物催化非典型氨基酸合成的最新进展。

引言

非典型氨基酸（ncAAs）通常不会被纳入蛋白质中，但在药物研究和应用中扮演着重要角色1, 2。一些独立存在的ncAAs作为典型氨基酸的结构类似物，成为开发作为氨基酸受体激动剂或拮抗剂的生物活性分子的有希望的目标3, 4。此外，ncAAs显著增加了生物活性肽的结构和功能多样性。将ncAAs引入生物活性肽中通常会引入构象限制，这增强了其对蛋白酶降解的抵抗力并赋予了生物活性5, 6, 7。通过基因代码扩展在蛋白质中特异性引入ncAAs可以改善或改变其活性8, 9, 10, 11。综上所述，这些例子突显了ncAAs在生物医学研究中的重要性日益增加，表明对其的需求和应用将持续增长。

由于存在多个立体中心，ncAAs的化学合成往往具有挑战性。传统的合成方法通过手性拆分、选择性结晶和使用不对称催化剂来应对这些挑战12, 13。然而，这些方法通常受到多次保护与去保护步骤的需求、大量使用有机溶剂以及总体效率较低的限制。另一个主要挑战是形成新的C-C键，这通常受到位点和立体选择性的限制，同时也需要苛刻的反应条件14, 15。尽管已经开发了几种用于氨基酸中C-C键形成的化学方法16, 17，但在创建新的侧链时实现高立体选择性仍然很困难。克服这些挑战尤为重要，因为C-C键的形成是多样化ncAA结构的一种强大途径。

相比之下，酶促策略具有明显优势。几种吡哆醛-5′-磷酸（PLP）依赖性酶因其能够在温和条件下通过形成新的C-C键来修饰氨基酸主链而显示出强大的功能，同时表现出显著的区域选择性和立体选择性18, 19。最近的研究强调了多种能够催化不同C-C键形成反应的PLP依赖性酶，从而生成结构多样的ncAAs。此外，酶工程技术的进步不仅提高了催化效率，还扩展了PLP酶在生物催化合成多种分子方面的多功能性。

在这篇简短的综述中，我们重点介绍了四种代表性的PLP依赖性酶的最新进展——色氨酸合成酶亚基B（TrpB）、L-苏氨酸醛缩酶（LTA）、L-苏氨酸转醛缩酶（LTTA）和UstD（表1）——这些酶展示了不同的ncAA合成机制，并说明了PLP酶在扩展氨基酸种类方面的催化多样性。

部分内容摘录

色氨酸合成酶亚基B

色氨酸合成酶（TrpS）天然参与原核生物、真核微生物和植物中从头合成L-色氨酸的最终步骤[20]。TrpS是由色氨酸合成酶亚基A（TrpA）和B（TrpB）组成的异源四聚体。TrpA催化吲哚-3-甘油磷酸的水解生成吲哚和甘油醛-3-磷酸，而TrpB则催化L-丝氨酸的β-取代反应生成L-色氨酸。其催化机制为：L-丝氨酸的Cα位点被脱质子化...

结论与未来展望

PLP依赖性酶因其固有的催化效率、显著的立体选择性和区域选择性，以及其在酶工程和工艺工程中的高适应性，已成为合成非典型氨基酸的强大生物催化剂。如上所述，多种策略已成功扩展了PLP依赖性酶的催化能力。

除了酶工程之外，将酶促催化与光化学转化相结合的混合方法也...

资助

本研究部分得到了日本文部科学省科学研究费（JSPS KAKENHI资助编号：24K23117和25K18156针对T. M.，以及23H00393针对I. A.）的支持。此外，本研究还得到了Shorai科学技术基金会、大阪发酵研究所（IFO）和Noda科学研究所的资助。

作者贡献

水谷卓和安部郁郎共同撰写了本文。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。