[发明专利]一种烟酰胺腺嘌呤二核苷酸类似物及其合成方法与应用

说明书

本发明公开了一种烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD⁺)类似物及其合成方法与应用。NAD⁺类似物的结构通式为其中，以羧基为1位碳，类似物2位碳原子手性中心的立体构型为S，取代基R为C1‑C5的烷基或C1‑C5中的H被‑OH、‑COOH、‑CONH₂、‑SCH₃、中的一种取代的烷基，取代位置为烷基的末端或次末端碳原子上；NAD⁺类似物是利用1‑(2’,4’‑二硝基苯基)‑3‑氨甲酰基吡啶和L‑α‑氨基酸为原料，在碱催化下合成的；NAD⁺类似物可以作为NAD(P)依赖型氧化还原酶的辅酶。本发明方法具有以下优点：合成NAD⁺类似物的反应条件温和，原料简单易得，反应产物完全保留原料L‑α‑氨基酸的立体结构，不发生消旋。本发明得到的NAD⁺类似物可用于生物催化、生物分析化学、代谢工程和合成生物学研究中。

技术领域

本发明涉及一种烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD⁺)类似物及其合成与应用，属于烟酰胺类辅酶类似物的合成及应用领域。

背景技术

氧化还原酶需要氧化还原辅因子提供接受或提供电子以及氢质子，氧化还原辅因子主要包括烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(辅酶I，NAD)、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(辅酶II，NADP)黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)、黄素单核苷酸(FMN)等。而80％的氧化还原酶都需要NAD(H)作为辅因子，10％的氧化还原酶需要NADP(H)作为辅因子。烟酰胺类辅因子价格非常昂贵，限制了氧化还原酶在工业中的应用。为了降低工业成本，需要用廉价易得的NAD(P)的类似物替代天然辅因子(Chinese Journal of Bioprocess Engineering,2004,3,1-8)。所以利用烟酰胺辅因子类似物(mNADs)作为酶的辅因子的研究受到了广泛的关注(ACSCatalysis,2014,4,788-797)。

烟酰胺辅因子类似物的结构改变主要有两个方面：一是改变天然辅因子烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)的腺嘌呤二核苷酸(AD)部分，将烟酰胺1位N的取代基改变为结构简单的基团，比如烷基或芳基，称为合成mNADs；二是保留二核苷酸结构改变吡啶环上3位氨甲酰基为其他酰基基团或改变腺嘌呤基团为其他基团，称为保守mNADs。结构简单的合成mNADs是通过卤代烷烃或卤代芳烃烃将烟酰胺或其类似物在1位N上进行烷基化，得到N取代烟酰胺或其类似物卤化盐(mNAD⁺s)，然后在碱性条件下用连二亚硫酸钠还原为mNADHs(Helvetica Chimica Acta,1937,20,418-423)。保守mNADs，可以利用NAD酶(NADase)催化3-酰基取代的吡啶类似物和天然辅因子(NAD(P))之间的反应，得到只有吡啶环上3位发生改变的保守mNADs(Analytical Biochemistry,1991,195,57-62)。也可以用化学合成焦磷酸酯的方法，利用PPh₃/(PyS)₂在N-甲基咪唑存在情况下活化烟酰胺单核苷酸(NMN)，使其可以与另外一分子腺嘌呤基团经过修饰或改变的单核苷酸快速反应生成焦磷酸酯形式的保守mNADs(Chinese Journal of Organic Chemistry,2014,34,54-64)。