[发明专利]三分三P450酶及其在制备托品酮中的应用

说明书

本发明公开了一种三分三P450酶，该P450酶与细胞色素P450还原酶联合催化能够将4‑(1‑甲基‑2‑吡咯烷基)‑3‑氧代丁酸转化为托品酮。本发明的方法为环境友好型，反应条件温和，具有工业化开发前景。

技术领域

本发明属于生物合成和酶催化技术领域，具体地说，涉及一种三分三P450酶及其在制备托品酮中的应用。

背景技术

托品酮(Tropinone)是一个莨菪烷类生物碱，可用于合成阿托品硫酸盐等药物，其化学名称为8-甲基-8-氮杂双环[3.2.1]辛烷-3-酮，分子结构如式I所示。

托品酮目前主要从植物中提取得到。近年来发展的合成生物学技术，通过微生物菌株作为底盘细胞，将目标化合物生物合成途径相关基因导入，实现了植物来源的一些重要药用化合物的异源高效合成(Kotopka BJ,Li Y,Smolke CD.2018.Synthetic biologystrategies toward heterologous phytochemical production.Natural productreports.Li S,Li Y,Smolke CD.2018.Strategies for microbial synthesis of high-value phytochemicals.Nature chemistry 10(4):395-404.)，建立托品酮的生物合成方法不仅能弥补化学合成方法的不足之处，同时也为以托品酮为中间体的尼古丁及托品生物碱的途径解析及异源合成提供基础，对于大规模生产莨菪生物碱具有重要的经济意义。

茄科植物三分三(Anisodus acutangulus)是我国特有的产托品类生物碱的资源植物，又名三分七、野箊，其干燥品总生物碱含量高达1.2％，托品生物碱总含量比常见的一些茄科植物如颠茄、莨菪、曼陀罗等都要高(Kai G,Zhang A,Guo Y,Li L,Cui L,Luo X,LiuC,Xiao J.2012.Enhancing the production of tropane alkaloids in transgenicAnisodus acutangulus hairy root cultures by over-expressing tropinonereductase I and hyoscyamine-6β-hydroxylase.Molecular BioSystems 8(11):2883-2890.)，并且其转录组数据也被发表(Cui L,Huang F,Zhang D,Lin Y,Liao P,Zong J,KaiG.2015.Transcriptome exploration for further understanding of the tropanealkaloids biosynthesis in Anisodus acutangulus.Molecular GeneticsGenomics290(4):1367-1377.)，因此利用独特生物资源优势对于三分三中与托品酮的生物合成有关的酶类的研究非常重要。

众所周知，化学法合成存在环境污染大的问题，导致开发环境友好型的绿色制备工艺很有必要。因此具有反应条件温和、催化效率高、副产物少等优点的生物制备法比如生物酶催化法成为有吸引力和有前途的方法。

发明内容

我们对植物三分三中与托品酮的合成相关的酶类的功能进行了研究，发现一种三分三P450酶(命名为CYP82M3或者AaCYP82M3)分别和三种细胞色素P450还原酶(分别命名为CPR1、CPR2、CPR3或者AaCPR1、AaCPR2、AaCPR3)通过组合配对进行联合催化，可以高效地将式II所示的化合物4-(1-甲基-2-吡咯烷基)-3-氧代丁酸转化成托品酮I，其中P450酶与CPR1或CPR2的组合配对效果尤其突出。

这一发现丰富了现有的生物元件库，进一步完善了三分三莨菪生物碱的生物合成途径，可以为莨菪生物碱的途径解析及异源合成提供基础，促进重要药用生物碱的生物合成方法开发。