许建：发现“非常规”酮酸单加氧酶

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生物工程学院许建和和白云鹏课题组率先报道了一种具有高度“非常规”位置选择性的Baeyer-Villiger单加氧酶(BVMO)，在温和条件下将长链脂肪酮酸高选择性转化为中长链α,ω-二元酸(DCA)，建立了基于可再生植物油脂两步酶法制备高附加值精细化学品的绿色过程。该工作为油脂生物转化合成二元酸化学品提供了一条全新的路线，未来通过蛋白质工程手段有望大幅度提高生物催化剂的活力和稳定性，进一步提高反应效率，对发展高效环保的生物基化学品绿色制造技术具有重要意义。研究成果以“Direct access to medium-chain α,ω-dicarboxylic acids using a Baeyer-Villiger monooxygenase of abnormal regioselectivity”为题，作为VIP(very important paper)封面文章在ChemBioChem发表，并被ChemistryViews作为亮点报道。

    DCA是重要的可再生化工产品，广泛用于聚合物、增塑剂、润滑剂、表面活性剂和药物等产品制造。传统生产方法需要在高温高压下对蓖麻油酸氧化裂解，并消耗大量的强酸和强氧化剂，反应条件苛刻，环境影响和安全隐患较大。利用油脂等可再生资源，通过生物催化转化生产DCA，是解决化工绿色生产和环境问题的有效途径之一。其中，BVMO催化的单加氧反应，直接利用空气中的氧气作为氧化剂，在长链酮基脂肪酸中的羰基旁插入氧原子，再通过简单水解反应获得DCA是最关键的一步，也是最具挑战性的一个反应。虽然有文献报道过这类反应，但反应效果很不理想，主要原因在于目前已知的大部分BVMO具有“常规”区域选择性，即氧原子插在羧基取代一侧，水解后生成的是α,ω-羟基酸，而非α,ω-二元酸，还需要经过两步氧化反应才能得到DCA，遮掩不仅反应步骤多，而且需要耗费大量的氧化酶和辅酶。

    针对上述技术难题，研究人员通过基因挖矿和功能筛选，在细菌Pseudomonas aeruginosa中发现了一种新型的“非常规”BVMO酶(PaBVMO)。研究发现PaBVMO偏好催化中长链的酮基脂肪酸，对短链和芳香族酮酸催化活力较低，对多种长链脂肪族酮酸(C16-C20)都具有高度的非常规区域选择性，最高达95%。基于该酶独特的催化特性，研究人员设计了一条化学-酶法级联反应途径，以可再生的10-羰基硬脂酸为原料，通过反应优化，以简单的两步酶促反应实现了癸二酸的绿色合成，反应收率57%，时空收率为2.36 gL-1d-1。

    该工作受到国家自然科学基金委重点项目“脂肪酸非天然生物转化酶系的分子工程及组合催化研究”的资助(No. 21536004)。

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    原文信息：Yu JM, Liu YY, Zheng YC, Li H, Zhang XY, Zheng GW, Li CX, Bai YP*,Xu JH*.Direct access to medium-chain α,ω-dicarboxylic acids using a Baeyer-Villiger monooxygenase of abnormal regioselectivity.ChemBioChem, 2018,19: 2049-2054.doi: 10.1002/cbic.201800318