D-氨基酸脱氢酶简介

D-氨基酸脱氢酶(D-AADH)是一种NAD(P)H依赖型的氧化还原酶，以氨根离子或游离氨作氨基供体，可以催化α-酮酸还原胺化成对应的D-氨基酸。D-氨基酸脱氢酶的反应式如图1所示。

图1. D-氨基酸脱氢酶反应式

生物界的D-AADH较稀少，几乎都以膜蛋白的形式存在，不如L-氨基酸脱氢酶分布广泛^[1]，极大限制了D-AADH的研究和产业化应用。目前，对于D-氨基酸脱氢酶的研究主要以二氨基庚二酸脱氢酶(DAPDH)为代表。

D-AADH的大多以二聚体的形式存在，每个单体由三个结构域组成，即二核苷酸结合结构域、二聚化结构域和C末端结构域，并且C末端尾从一个亚基延伸到另一个亚基(如图2)^[5]。

图2. D-氨基酸脱氢酶的三维结构

利用D-氨基酸脱氢酶催化α-酮酸合成D-氨基酸的方法具有较高的原子经济性和理论产率。D-氨基酸是许多生物活性分子重要的手性结构单元，广泛应用于制药、化妆品、食品和农用化学品行业中^[1]。用于制备医药中间体的实例如下：

实例1、制备D-二芳基丙氨酸衍生物^[3]

实例2、制备D-2-氨基丁酸^[3]

实例3、制备(R)-5,5,5-三氟正缬氨酸^[4]

PART 02

D-氨基酸脱氢酶的催化机理^[6-7]

在氨化还原时，α-酮酸中的羰基酮基与Lys68的ɛ-氨基形成氢键，而Lys80带正电的ɛ-氨基与底物酮酸的α-羧基的氧原子形成氢键。反应中有游离氨向酮基的碳原子进攻形成四面体中间体。Lys80的ɛ-氨基的质子向氧转移形成水分子并失去，从而形成了亚胺中间体。而亚胺中间物会被NAD(P)H还原形成手性胺类物质(如图3)。

D-氨基酸脱氢酶的立体选择性(R型或S型)主要是由底物与NAD(P)H的相对位置决定的。

图3. D-氨基酸脱氢酶还原胺化的催化机理

PART 03

D-氨基酸脱氢酶酶库和酶开发服务介绍

EVO真人从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。EVO真人现有的D-氨基酸脱氢酶酶库(EVO真人代号：ES-D-AADH)中包含18种不同的D-氨基酸脱氢酶，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] 王子瑶.氨基酸脱氢酶分子改造及其多酶体系合成D-丝氨酸[D].江南大学,2023.

[2] Wei Y, Geng Q, Liu H P, et al. Hierarchical engineering of meso-diaminopimelate dehydrogenase for efficient synthesis of bulky d-amino acids[J]. ACS Catalysis, 2024, 14(15): 11447-11456.

[3] Pollegioni L, Rosini E, Molla G. Advances in enzymatic synthesis of D-amino acids[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2020, 21(9): 3206.

[4] Hanson R L, Johnston R M, Goldberg S L, et al. Enzymatic preparation of an R-amino acid intermediate for a γ-secretase inhibitor[J]. Organic Process Research & Development, 2013, 17(4): 693-700.

[5] Hayashi J, Seto T, Akita H, Watanabe M, Hoshino T, Yoneda K, Ohshima T, Sakuraba H. 2017. Structure-Based Engineering of an Artificially Generated NADP+-Dependent d-Amino Acid Dehydrogenase. Appl Environ Microbiol 83:e00491-17.

[6] 陈曦,高秀珍,朱敦明.氨基酸脱氢酶的催化机理、分子改造及合成应用[J].微生物学报,2017,57(08):1249-1261.

[7] 程军.氨基酸脱氢酶的基因挖掘、定向改造及合成手性氨基酸的研究[D].江南大学,2017.