Highly efficient synthesis of pharmaceutically relevant chiral 3-N-substituted-azacyclic alcohols using two enantiocomplementary short chain dehydrogenases

化学 生物转化 基质(水族馆) 辅因子 生物催化 组合化学 立体化学 催化作用 有机化学 醇脱氢酶 反应机理 生物 生态学
作者
Lin Yang,Yiping Zhang,Yan Liu,Hualei Wang,Dongzhi Wei
出处
期刊:Biochemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:178: 108300-108300 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.bej.2021.108300
摘要

Bioreductions catalyzed by alcohol dehydrogenases (ADHs) play an important role in the synthesis of chiral alcohols. In this study, we reported two stereocomplementary alcohol dehydrogenases from Flavobacterium psychrophilum (FpADH) and Flavobacterium sp. (FsADH), which showed the potential industrial application in highly efficient synthesis of a series of enantiomerically pure 3-N-substituted-azacyclic alochols. Both the enzymes showed high catalytic activity toward the model substrate N-Boc-4-piperidone (NBPO) and presented a strict enantioselectivity for the corresponding alcohol products. In addition, both enzymes showed broad substrate scope, including ketoesters, acryl ketones, and heterocyclic ketones. Using glucose dehydrogenase coexpressed with each of the enzymes to realize the efficient coenzyme recycling, various pharmaceutically relevant chiral 3-N-Boc azacyclic alcohols were asymmetrically synthesized at high substrate concentrations (343.7–643.8 g/L) and low equilvelent of NADP+ (0.1 mM) with excellent enantioselectivity (> 99.5% e.e), which have met the requirements of biocatalytic processes in the industry, and demonstrated the feasibility of FpADH and FsADH for industrial application in the biotransformation of chiral 3-N-substituted-azacyclic alcohols. The molecular basis of the enantioselectivity and catalytic efficiency of both enzymes were revealed the by molecular docking and MD simulation analysis.
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