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微生物学通报

红花石蒜苯丙氨酸解氨酶催化合成N-甲基-L-苯丙氨酸(英文)
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中国科学院战略生物资源项目(KFJ-BRP-008);四川省应用基础研究项目(2015JY0058);中国博士后科学基金(2020M683371)


Biocatalytic synthesis of N-methyl-L-phenylalanine by phenylalanine ammonia lyase from galanthamine-producing Lycoris radiata
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    摘要:

    [背景] N-甲基-L-苯丙氨酸是一种N-烷基化芳香氨基酸,是重要的手性合成单元/中间体/组成成分,在医药、农业、食品等领域有重要应用价值的代谢产物中广泛存在。N-烷基化芳香氨基酸的合成与制备仍具有巨大的挑战。[目的] 在研究加兰他敏的生物合成过程中,我们从产加兰他敏的红花石蒜中克隆并表征苯丙氨酸解氨酶LrPAL3。LrPAL3催化区域及对映选择性的氢胺化反应得到L-苯丙氨酸。通过生物信息学分析,推测LrPAL3可能催化反式-肉桂酸的一步N-甲基胺化反应得到N-甲基-L-苯丙氨酸。[方法] 将反式-肉桂酸与甲胺,以及表达LrPAL3的大肠杆菌全细胞一起孵育。HPLC-DAD及HRESIMS分析表明,上述反应产物为N-甲基-苯丙氨酸。为确定该产物的立体构型,将上述催化反应放大,通过分离纯化得到该酶催化反应产物。[结果] 该化合物的氢谱数据及比旋光数据与N-甲基-L-苯丙氨酸标准品的数据一致。由此说明,LrPAL3能够催化反式-肉桂酸和甲胺发生N-烷基胺化反应,区域和立体专一性地生成N-甲基-L-苯丙氨酸。[结论] 本研究为手性N-烷基氨基酸的不对称合成提供了一种全新的绿色、高效生物催化剂。通过对LrPAL3的蛋白质定向进化及代谢工程,将会进一步扩展LrPAL3的催化反应范围,以多种N-烷基胺类及取代的苯基丙烯酸为底物,实现手性N-烷基-芳基氨基酸的高效区域及立体选择性生物合成。

    Abstract:

    [Background] N-Methyl-L-phenylalanine, an N-alkylated aromatic amino acid, is a valuable chiral building block/intermediate/ingredient presented in many specialized metabolites that are very important in pharmaceutical, nutraceutical, and agrochemical industries. The synthesis and preparation of N-alkylated aromatic amino acids from aromatic α,β-unsaturated carboxylic acid remain challenging. [Objective] Herein we report a one-step biologically catalyzed N-methylamination of trans-cinnamic acid by LrPAL3, a phenylalanine ammonia lyase (PAL) from galanthamine-producing Lycoris radiata, to generate N-methyl-L-phenylalanine. [Methods] HPLC-DAD and HRESIMS analyses revealed that N-methyl-phenylalanine was produced when incubated trans-cinnamic acid and methylamine using the whole Escherichia coli BL21(DE3) cells expressing LrPAL3 as catalyst. [Results] The 1H-NMR data and optical rotation of the enzymatic bioconversion product are in agreement with those of the authentic N-methyl-L-phenylalanine, which demonstrated the LrPAL3-catalyzed one-step regio- and enantioselective N-methylamination product of trans-cinnamic acid is N-methyl-L-phenylalanine. [Conclusion] This work provides an alternative biocatalyst for the asymmetric synthesis of valuable chiral N-methyl-L-phenylalanine. It paves a way to biologically synthesize N-alkylated amino acids through metabolic engineering and direct protein evolution of LrPAL3.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

李伟,乔崇,刘展,刘梦洁,李艺,魏代静,罗应刚. 红花石蒜苯丙氨酸解氨酶催化合成N-甲基-L-苯丙氨酸(英文)[J]. 微生物学通报, 2021, 48(7): 2398-2406

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  • 收稿日期:2021-02-09
  • 最后修改日期:
  • 录用日期:2021-04-23
  • 在线发布日期: 2021-07-06
  • 出版日期: