一、酮还原酶简介

酮还原酶(Ketoreductase,KRED)又称为羰基还原酶，是能够催化醛/酮与醇之间可逆地进行氧化还原反应的酶类，并且需要NAD(H)或NADP(H)等辅酶作为氢传递体。

KRED主要分为三类，分别为短链脱氢酶/还原酶(Short-chainDehydrogenase/Reductases,SDRs)、中链脱氢酶/还原酶(Medium-chainDehydrogenases/Reductases,MDRs)及醛酮还原酶(Aldo-Ketoreductases,AKRs)。三者的催化功能相似，但其结构与活性中心差异较大。

SDRs的活性中心含有Asn-Ser-Tyr-Lys四个氨基酸组成的活性位点，不含金属离子。活性位点的Ser和Tyr会与底物羰基上的氧形成氢键，引起羰基碳原子的电子云转移[1]。电子云转移不仅使得辅酶烟酰环上的活泼氢原子变得更容易进攻底物上的碳原子，也更有利于醛/酮与醇之间的转化。

MDRs蛋白分为活性中心内含有锌离子和不含锌离子这两种类型。含锌离子的MDRs更倾向结合辅因子NAD，大多为脱氢酶；不含锌离子的MDRs更倾向结合辅因子NADP，大多为还原酶。但是有一些特殊的MDRs(YJGB和bADH4)，它们的活性中心内虽然含有锌离子，但更倾向结合辅因子NADP[2]。

AKRs的结构含(α/β)8桶状结构域，其活性中心为Asp-Tyr-Lys-His四联体[3]。AKRs在催化过程中无需金属离子，该酶活性中心上的His和Tyr会与底物羰基上的氧形成氢键，进而引起底物羰基上电子云的转移。

实例：用于合成手性醇

手性醇分子结构可作为度洛西汀、阿托伐他汀、依泽替米贝等多种手性药物的重要中间体，以手性醇为主要中间体的手性药物化学结构式如图1所示[4.5]。

图1.以手性醇为主要中间体的手性药物化学结构式[4,5]

KRED作为绿色生物催化剂，在合成手性醇类化合物方面具有高的区域、对映和化学选择性的特点，使得反应过程具有诸多优势：①不需要添加额外的金属催化剂和手性助剂；②反应没有副产物形成；③反应为一步酶法，操作简便。

二、酮还原酶催化机理[6]

酮还原酶催化氧化还原反应的关键在于辅酶NAD(P)H上的氢原子攻击底物羰基生成产物，而辅酶自身发生氧化的过程。

该过程中，产物的构型由辅酶上氢原子的传递模式(E1-E4)决定(见图2)。底物羰基C属于sp2杂化，呈平面结构，其平面前侧为re-面(re-face)，后侧为si-面(si-face)。当H从si-面进攻羰基碳原子时(E1,E2模式)时，反应遵循anti-Prelog规则，产生R构型产物。而当H从re-面进攻羰基碳原子时(E3,E4模式)时，反应遵循Prelog规则，产生S构型产物。

图2.辅酶NAD(P)H氢转移的立体化学途径

三、尚科生物的酮还原酶库和酶开发服务介绍

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。尚科生物现有的酮还原酶酶库(尚科生物代号：ES-KRED)中包含216种不同的酮还原酶，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。

四、参考文献

[1]秦凤玉,立体选择性互补酮还原酶的挖掘、设计与改造.[D].辽宁:沈阳药科大学,2018.

[2]JoelHedlund,HansJörnvall,BengtPersson.BMCBioinformatics,2010,11,534.

[3]Petschacher,B.,S.Leitgeb,K.Kavanagh,etal.TheBiochemicalJournal,2005,385:75-83.

[4]XiePP,ZhouXX,ZhengLY.JournalofBiotechnology,2019,289:64-70.

[5]罗希,醛酮还原酶KlAKR克隆改造及催化合成6-氰基-(3R,5R)-二羟基己酸叔丁酯的研究.[D].浙江:浙江工业大学,2016.

[6]何玲,来源于ParaburkholderiaphymatumSTM815的酮还原酶基因的挖掘及其在(R)-2氯-1-(3,4-二氟苯基)乙醇合成中的应用研究.[D].上海：华东理工大学,2021.

责任编辑：青霉素

声明：本文系药智网转载内容，图片、文字版权归原作者所有，转载目的在于传递更多信息，并不代表本平台观点。如涉及作品内容、版权和其它问题，请在本平台留言，我们将在第一时间删除。