硝基还原酶简介

硝基还原酶（Nitroreductase,NTR）是一类以黄素单核苷酸（FMN）或黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）为辅基，以NADPH或NADH为辅酶的黄素还原酶，可催化硝基芳香族化合物和硝基杂环衍生物的硝基还原成氨基或羟胺。

根据硝基还原酶对氧气的敏感性和还原硝基基团的电子传递机制，该酶可以分为Ⅰ型硝基还原酶（氧不敏感型）和Ⅱ型硝基还原酶（氧敏感型）。其中，Ⅱ型硝基还原酶在催化过程中会产生硝基阴离子自由基，该自由基会被氧气重新氧化生成硝基基团，形成无效循环，浪费还原力NAD(P)H（图1），故该酶在氧气存在下发生没有意义的反应；Ⅱ型硝基还原酶在严格厌氧条件下的催化还原过程和Ⅰ型硝基还原酶（含氧气条件下）的催化还原过程一致（图1），因此Ⅱ型硝基还原酶的反应必须要在严格厌氧条件下进行[1]。

图1.硝基还原酶催化芳香硝基化合物的还原过程

硝基还原酶通常为不对称同源二聚体，其二聚体交界面处结合有两个FMN辅助因子。NTR在催化反应过程中仅提供质子、电子传递的结构骨架，而辅助因子FMN在该二聚体的交界面会构成V型底物口袋的底部，从而控制结合底物的大小和空间定位[2]。

该酶广泛应用于芳香羟胺和芳香胺的有机合成、肿瘤治疗、生物检测及环境污染物的降解等。NTR在医药中间体合成中的应用实例如下：

实例1、制备替格瑞洛关键中间体[3]

实例2、制备普仑司特关键中间体[4]

实例3、制备阿普司特关键中间体[5]

NTR作为绿色生物催化剂，可以在温和的条件下催化生产芳香羟胺、芳香胺等化合物，比起化学法使用的昂贵的金属催化剂，有着更经济和环保的优势。

硝基还原酶催化机理[6]

硝基还原酶的催化机制为乒乓机制（图2）：电子供体NAD(P)H先进入酶活性中心，将电子传递给FMN，自身被氧化成NAD(P)+。FMN接受电子后，自身构象发生改变，氧化还原电势也发生变化，并促使NAD(P)+从酶上解离。随后，硝基底物进入酶的活性中心，得到还原态FMN的两个电子后，生成产物从酶上脱离下来。

整个还原过程中，酶催化完成两次二个电子传递过程；首先硝基基团接受两个电子还原为亚硝基基团，这步反应速率很慢，为限速步骤；随后亚硝基基团又接受电子还原为羟胺或氨基基团，这步反应很迅速，比第一步电子传递反应快1万倍以上，这也是催化过程中无法检测到亚硝基产物的原因。

图2.硝基还原酶的催化机理

硝基还原酶酶库和酶开发服务

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。尚科生物现有的硝基还原酶酶库(尚科生物代号：ES-NTR)中包含12种不同的硝基还原酶，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。

参考文献

[1]刘培瑜,大肠杆菌硝基还原酶可控合成芳香羟胺的性质研究.[D].辽宁:大连理工大学,2015.

[2]白敬,杨君,杨青.生命的化学,2013,33(1):84-90.

[3]丰亚辉,一种硝基还原酶突变体及其应用:CN202011057803.2[P].2021-01-15.

[4]薛亚平,一种硝基还原酶突变体及其应用:CN202310522510.4[P].2023-07-11.

[5]王仲清,硝基还原酶、其重组基因工程菌及其应用:CN202311126775.9[P].2023-12-05.

[6]RacePR,LoveringAL,GreenRMetal.TheJournalofBiologicalChemistry2005,280(14):13256-13264.

责任编辑：青霉素

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