腈水合酶區域選擇性與對映選擇性的研究進展

沈瑞華 程中一

(1.江蘇昌九農科化工有限公司，江蘇 南通 226413；2.江南大學生物工程學院，江蘇 無錫 214122)

腈類化合物在自然界中分布廣泛，通常以氰苷化合物、氰基酯類化合物以及扁桃腈類化合物等形式存在于植物及昆蟲體內。此外，人工合成的腈類化合物在醫藥及農業等領域也發揮著重要的作用。然而，腈類化合物具有致畸致突變性，且對環境有一定的危害[1，2]。

自然界代謝腈類物質主要通過三種酶進行：腈水解酶(EC 3.5.5.1和3.5.5.7，nitrilase)、腈水合酶(EC 4.2.1.84，nitrile hydratase，NHase)和酰胺酶(EC 3.5.1.4，amidase)。腈水解酶可將腈類物質一步催化生成相對應的羧酸，而NHase可將腈類物質催化生成對應的酰胺類化合物，隨后在酰胺酶的作用下，進一步生成對應的羧酸[3](圖1)。

圖1 腈類代謝的主要途徑

1 NHase概述

酰胺類化合物可作為重要的有機合成中間體，在醫藥及農業領域有著廣泛的應用價值。NHase是一類能夠水化腈類化合物中氰基合成對應酰胺的金屬酶，按照活性中心結合的金屬離子不同可分為鐵型NHase(Fe-NHase)和鈷型NHase(Co-NHase)，NHase內的金屬離子和活性中心高度保守的[-半胱氨酸(Cys)-半胱氨酸(Cys)-絲氨酸(Ser)-半胱氨酸(Cys)-]氨基酸基序構成活性中心的爪狀結構[4]。NHase的來源廣泛，目前已發現的NHase主要來源于原核生物[5，6]。NHase含有α和β兩種亞基，一般以四聚體形式存在，原核生物來源的NHase中α和β兩種亞基以亞基分開的形式表達，2008年Foerstner等首次從真核生物領鞭毛蟲(Monosiga brevicollis)中發現亞基融合型的NHase，即α和β兩種亞基以單條肽鏈的形式表達[7](圖2)。

圖2 NHase基因型

由于生物催化劑通常具有反應條件溫和，催化效率高，工藝環保等優勢，因此利用NHase生產酰胺類產品已逐漸取代傳統的化學合成法。……