[发明专利]一种(S)-羰基还原酶及其编码基因与应用

说明书

本发明提供了一种来源于红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)的羰基还原酶基因、其编码酶，以及含有该基因的表达盒、重组载体、转基因细胞系及重组菌。本发明公开的羰基还原酶ReADH具有优良的酶学特性，其最适pH值为6.0，最适反应温度为40℃，在30℃下保温24h有良好的稳定性。用本发明的羰基还原酶可以高效转化苯乙酮，转化率大于99％，且合成(S)‑α‑苯乙醇e.e.值是100％，具有良好的工业化应用前景。

技术领域

本发明涉及生物催化技术领域，尤其涉及一种(S)-羰基还原酶、其编码基因、含有该基因的载体及重组菌以及在催化不对称还原前手性羰基化合物中的应用。

背景技术

羰基还原酶(EC 1.1.1.184)是众多氧化还原酶中的一种，对酮类、醛类底物有特异性的催化能力，可以将其转化为醇类产物，转化过程中需以辅酶NADP(H)或NAD(H)作为电子受体，具有高度的辅酶依赖性。在自然界中，羰基还原酶的存在非常普遍，从低等微生物如细菌、酵母，到一些高等植物、动物组织中均有分布。而在手性醇的合成应用中，尤以微生物来源的羰基还原酶研究居多。

微生物中存在的羰基还原酶有不同的分类方法，根据催化机理及三维结构主要分为以下几类：醛酮还原酶家族(aldo-keto reductase superfamily,AKR)、短链脱氢酶/还原酶家族(short-chain dehydrogenase/reductase,SDR)、Zn依赖醇脱氢酶/还原酶家族(zinc-dependent alcohol dehydrogenases,ADH)。羰基还原酶中短链脱氢酶每个分子大约有250-350个氨基酸，没有金属离子，不同来源的短链脱氢酶相互之间的同源性较低，多为15％-30％左右。至今为止，在蛋白数据库中已有两万多的短链脱氢酶序列被提交，其中大约有3/4来源于细菌。

随着手性化合物的广泛应用，关于手性化合物高效制备的研究日显重要，特别是在农业、医药以及化工等主要需求领域。具有光学活性的芳基手性醇作为具有高附加值的手性砌块，在医药、农业和精细化工领域扮演了重要的角色。然而目前手性醇的制备主要依赖化学合成，但化学法会造成严重污染，破坏人们的生活环境。生物催化法以其环境友好、反应条件温和、对底物专一等优点逐渐成为了手性醇制备最具前景的研究方向。

羰基还原酶是一种具备高度的化学选择性、区域选择性、立体对映选择性的生物催化剂，通过不对称还原反应可以将潜手性酮底物转化为具有光学纯度的芳基手性醇，是一种高效的生物转化途径。最近几十年越来越多的羰基还原酶被用于手性醇的合成。如Pollard(Pollard D,Truppo M,Pollard J,et al.Effective synthesis of(S)-3,5-bistrifluoromethylphenyl ethanol by asymmetric enzymaticreduction.Tetrahedron:Asymmetry,2006,17(4):554-559)等人为了提高产物(S)-3,5-双三氟甲基苯乙醇的时空产率，利用羰基还原酶辅酶再生体系进行不对称转化，反应获得的(S)-3,5-双三氟甲基苯乙醇时空产率高达260g·L^-1·d^-1；朱敦明等(ZhuD,YangY,HuaL.Stereoselective enzymatic synthesis of chiral alcohols with the use of acarbonyl reductase from Candida magnoliaewithAnti-Prelogenantioselectivity.The Journal ofOrganic Chemistry,2006,71(11):4202-4205)以羰基还原酶Candida magnoliae为生物催化剂催化多种苯乙酮衍生物，反应所得产物的光学纯度均高达99％以上。