一、腈水解酶简介

腈水解酶（Nitrilase-NIT）归属于腈水解酶超家族，具有催化腈类化合物水解功能，可将氰基水解为羧酸和氨，具有广泛的底物适应性。腈水解酶可对脂肪族及芳香族腈类化合物进行区域选择性和立体选择性水解，用于合成手性羧酸；或者对腈类化合物进行降解，用于环境治理等方面。腈水解酶普遍存在于各种真核和原核生物，包括植物、藻类、细菌、真菌、酵母、线虫以及古菌中。

根据腈水解酶的底物特异性大致可以将腈水解酶分为六类，其中三类具有较广的底物谱，分别是芳香族腈水解酶、脂肪族腈水解酶和芳基乙腈腈水解酶；另外三类底物特异性腈水解酶主要包括溴苯腈腈水解酶、氰丙氨酸腈水解酶和蓖麻碱腈水解酶[1-3]。腈水解酶中的芳香族腈水解酶主要包括多种细菌来源的腈水解酶，它们对于芳香腈和杂环腈（例如苯甲腈和3-氰基吡啶）具有较高的催化活性，而对脂肪族腈类的催化效率较低[4]；芳基乙腈腈水解酶的偏好性底物是苯乙腈及其对位取代的衍生物，虽然他们的催化效率因酶而异但基本上对芳香腈和脂肪腈的活力较低[5-6]；而脂肪族腈水解酶除了对脂肪族腈类化合物具有较高的催化活性之外，往往对其它的腈类（如芳香腈和杂环腈）也具有较高的催化活性[7-8]。

近年来，腈水解酶已经被成功地用于多种大宗化学品、精细化学品以及医药中间体的合成中，如烟酸、扁桃酸、巴氯芬、普瑞巴林手性中间体等物质，具体的合成途径如下所示。

实例1(烟酸的生物合成)[9]：

实例2((R)-扁桃酸的生物合成)[10]:

实例3(巴氯芬的合成)[11]:

实例4(普瑞巴林手性中间体的合成)[12]:

腈水解酶能够将腈类化合物水解成为相应的羧酸和氨，与化学法相比，酶法的反应条件温和，环境友好，对底物还具有区域、对映体选择性。因此腈水解酶能被广泛地用于许多高附加值产品的生产中。

二、腈水解酶催化机理

图片来源：尚科生物官微

腈水解酶单亚基蛋白是一种αββα三明治结构，在溶液中腈水解酶亚基围绕特殊的界面形成αββα-αββα二聚体结构；腈水解酶一般含有保守的催化位点Glu、Lys和Cys，底物进入活性中心后，Cys残基上的巯基首先攻击底物氰基上的α碳原子，形成酶亚胺复合物，随后Glu残基提供质子转移给酶亚胺复合物，氮原子得到质子后消除亚胺结构并释放NH4+，并产生1分子羧酸。在此过程中，Glu增强了对巯基的亲核性，并参与质子转移过程，而Lys则起到稳定四面体结构的作用。

三、腈水解酶服务介绍

尚科生物从2007年来就专注于生物酶和生物催化技术以及合成生物学技术的开发与应用研究。尚科生物现有的腈水解酶库（尚科生物代号：ES-NIT）中包含40种不同的腈水解酶，可以为客户提供酶筛选、酶促反应工艺优化、酶改造和生产供应服务。

参考文献：
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[2]ChenK,HuangL,XuC,etal.MolMicrobiol,2013,89(6):1121-1139.
[3]MachinguraM,SalomonE,etal.PlantCellEnviron,2016,39(10):2329-2341.
[4]O’ReillyC,TurnerPD.JApplMicrobiol,2003,95(6):1161-1174.
[5]LayhN,ParrattJ,WillettsA.JfMolCatalB:Enzym,1998,5(5):467-474.
[6]YamamotoK,FujimatsuI,KomatsuK-I.JFermentandBioeng,1992,73(6):425-430.
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[8]HannEC,SigmundAE,etal.Tetrahedron,2004,60(3):577-581.
[9]MathewCD,NagasawaT,KobayashiM,etal.Appl.Environ.Microbiol,1988,54(4):1030-1032.
[10]YamamotoK,OishiK,FujimatsuI,etal.Appl.Environ.Microbiol,1991,57(10):3028.
[11]XuMZ,RenJ,GongJS,etal.Chin.J.Biotechnol,2013,29(1):31.
[12]郑仁朝.腈水解酶突变体及在普瑞巴林手性中间体合成中的应用：CN2020010032050.3[P].2021-12-07.

责任编辑：木棉

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