[发明专利]能够水解核糖和多种氟代核糖的短链脱氢酶及应用

说明书

本发明涉及一种能够水解核糖和多种氟代核糖的短链脱氢酶(short‑chain dehydrogenase)FribC及应用，所述酶的编码基因为序列1所述的基因序列，或序列2所述的氨基酸序列。所述酶的底物为D‑核糖或修饰D‑核糖包括5‑氟‑5‑脱氧‑D‑核糖、4‑二氟甲基‑5‑脱氧‑D‑核糖和4‑三氟甲基‑5‑脱氧‑D‑核糖。本发明涉及FribC可以制备成生物催化剂，应用于多种核糖的生物转化；FribC还可以制备用于正电子发射断层扫描(positron emission tomography，PET)的放射性示踪剂。

技术领域

本发明属于酶工程技术领域，尤其是一种能够水解核糖和多种氟代核糖的短链脱氢酶及应用。

背景技术

核糖在生命过程中有着广泛的作用，此外核糖还是重要的工业原料。将环状核糖进行脱氢反应变成内酯，内酯可以随之被水解生成链状羧酸结构，有助于其后续的应用和转化，在制备工业原料和医药中间体中有重大意义。能作用非磷酸化核糖(non-phosphorylative ribose)的脱氢酶非常罕见，被研究的非常少。之前只有美国Scripps研究所Bradley Moore教授的研究小组发现的一个在Salinispora tropica的活性天然产物SalinosporamideA的合成通路中的SalM基因编码的短链脱氢酶。但此酶虽然对d-核糖有活性，但其主要作用于5-氯-5-脱氧d-核糖(5-chloro-5-deoxy-D-Ribose，5-CIR)，对d-核糖的活性很弱。这点可由其酶动力学实验数据证明，FribC酶对d-核糖底物的米氏常数K_m为19±3mM；而对5-CIR的K_m为0.02±0.01mM；而SalM酶对两种底物的酶促反应的最大速度(V_max)几乎相同，造成SalM酶对5-CIR的催化活性比对D-核糖高将近700倍，不利于D-核糖的生物转化。而对天然D-核糖和修饰核糖的催化保持同样高效催化效率的短链脱氢酶之前从未有报道。

正电子发射断层扫描(positron emission tomography，PET)是近年来发展成熟的一项医学成像技术，它能够提供三维的和功能运动的图像，是核医学领域最先进的临床检查影像技术。该技术通过扫描检测被注射入或被吸入的放射物可以产生人体局部或全身器官图像。

PET技术是目前唯一的用解剖形态方式进行功能、代谢和受体显像的技术，具有无创伤性、高灵敏度等特点，是目前临床上用以诊断和指导治疗肿瘤、早期诊断肿瘤和神经退行性疾病的最佳手段之一。PET扫描需要预先制备放射性示踪剂，长久以来临床做常用的放射示踪物为氟化葡萄糖(fluoro-D-glucose，FDG)。其应具有以下不足：1)氟化葡萄糖用化学合成方法制备，成本较高，对环境有污染，需要严格的设备操作和熟悉操作的人员；2)FDG作为葡萄糖的类似物，能被身体的众多组织部位代谢吸收，造成肿瘤等检测的特异性不能令人满意。最近的研究趋势一是标记抗体、多肽类、亲和体分子等生物大分子，通过特异性的结合增强靶向性；而是应用酶反应的方法标记¹⁸F，降低成本，也可以在溶液中制备，避免了复杂的化学合成。为完成上述目的，需要发明研究一些小分子化合物作为联接物(linker)，一方面，这些小分子可以应用酶法被¹⁸F标记，一方面，这些小分子其含有特定官能团能和相关的抗体、多肽类、亲和体分子进行生物耦合。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够水解核糖和多种氟代核糖的短链脱氢酶及应用，本发明提供的短链脱氢酶FribC依赖烟氧化型酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adeninedinucleotide，NAD+)作为辅因子的酶，能够使D-核糖在内的多种修饰核糖如5-氟-5-脱氧-D-核糖(5-fluoro-deoxy-D-ribose，5-FDR)脱氢，将其转化生成链状结构的羧酸。

本发明实现目的的技术方案如下：

一种能够水解核糖和多种氟代核糖的短链脱氢酶，其特征在于：所述酶的编码基因为序列1所述的基因序列，或序列2所述的氨基酸序列。