转氨酶简介

转氨酶（Transaminase，ATA）是将氨基官能团从氨基供体转移到氨基受体（含羰基的化合物），从而制备手性氨基酸或手性胺的酶。它是一种5’-磷酸吡哆醛（pyridoxal-5’-phosphate, PLP）依赖型酶[1]。根据酶的折叠类型，PLP依赖型酶可分为7种类型（Ⅰ-Ⅶ类），转氨酶属于Ⅰ型（天冬氨酸转氨酶家族）或Ⅳ型（D-丙氨酸转氨酶家族）PLP依赖型酶，见图1^[2]。

图1. PLP依赖型酶超家族^[2]

转氨酶可以根据其催化反应类型分为α-转氨酶和ω-转氨酶。α-转氨酶催化的转氨反应发生在羧酸的α位，ω-转氨酶中“ω”代表的是非α位，与氨基受体的羧基官能团碳原子的位置无关，该酶可以催化转化任意结构的酮酸、酮、醛和胺^[3]，见图2。

图2. 转氨酶的催化反应

转氨酶通常为同源二聚体或四聚体，可以在两个亚基的交界处形成活性中心（含PLP结构区域、底物结合区域和催化残基赖氨酸）。底物结合区域会因空间位置和形状分为一大一小两个结合口袋，分别结合底物中的氨基或羰基两侧的基团。大口袋可以容纳体积较大或带电的基团（如苯环、脂肪链、羧基等），而小口袋只能容纳体积较小的基团（如甲基、乙基等）[4]。
该酶广泛用于合成手性胺、氨基酸及其衍生物，如西格列汀、瑞美吉泮、阿托吉泮、乌布吉泮、扎维吉泮等原料药或其中间体：

实例1、制备西格列汀[^5]

实例2、制备吉泮系列产品的中间体^[6-8]

转氨酶作为绿色生物催化剂，在合成手性胺化合物上展现了诸多优势：1）反应条件温和；2）高手性选择性；3）不易生成副产物等。
转氨酶的催化机理^[9]
转氨酶的催化遵循“双底物乒乓反应”机制，分为两个半反应。在第一个半反应中，转氨酶中参与催化的赖氨酸与磷酸吡哆醛（PLP）形成内醛亚胺中间体（席夫碱），随后该赖氨酸的ε-NH2作为离去基团被氨基供体的质子化氨基置换，内醛亚胺变为外醛亚胺，然后发生氢的迁移形成醌中间体。醌中间体容易质子化，从而生成酮亚胺中间体，酮亚胺在活性位点赖氨酸的催化下水解生成相应的产物酮以及带有氨基的E-PMP中间体，从而完成氧化脱氨反应。在第二个半反应中，含有酮的底物受到PMP氨基的亲核攻击，得到酮亚胺，酮亚胺经去质子化和氢的迁移得到相应的醌中间体和外醛亚胺，最后在赖氨酸的作用下得到氨基产物和PLP。

图3.转氨酶的催化机制
 

转氨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真人现有的转氨酶酶库(EVO真人代号：ES-ATA)中包含102种不同的转氨酶，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] 蔡雪，孙晨阳等. 生物工程学报, 2024, 40(9):2771-2785.
[2] Jeon H, Pagar AD et al. ACS Catal, 2022, 12: 13207-13214.
[3] 刘涵. ω-转氨酶的基因挖掘及半理性改造制备手性杂环胺. [D]. 上海: 华东理工大学, 2021.
[4] 蒙丽钧. 转氨酶在大肠杆菌中的克隆表达及应用. [D]. 浙江: 浙江大学, 2019.
[5] Christopher K. Savile, Jacob M. et al. Science, 2010, 329(16), 305-309.
[6] 李想, 柳学伟等. 一种转氨酶突变体及其应用：CN202210845862 .9 [P].2023-05-05.
[7] K.M.贝利克, E. 克利托尔. 制备CGRP受体拮抗剂的方法：CN201380013890.3 [P]. 2017-03-01.
[8] Ronald L H, Brian L et al, Organic Process Research & Development, 2008, 12, 1119-1129.
[9] Dourado DFAR, Pohle S et al. ACS Catal, 2016, 6: 7749-7759.