[发明专利]一种磺酰基转移酶、应用及其介导的氮丙啶环生物合成方法

说明书

本发明涉及一种磺酰基转移酶、应用及其介导的氮丙啶环生物合成方法，步骤为：将底物、3'‑磷酸腺苷‑5'‑磷酸硫酸及磺酰基转移酶用PBS缓冲液稀释到相应的浓度：在25‑42℃下反应20min‑2h，然后加入0.5mol/L的NaOH调节使体系pH为10.0以上，生成氮丙啶环化合物。本发明首次利用磺酰基转移酶生物催化合成了氮丙啶三元环，确定了酶催化合成氮丙啶环的基本反应条件，并建立了一套氮丙啶环的体外催化合成体系，为进一步通过组合生物合成的方式获得更多的具有良好成药前景的氮丙啶类结构衍生物奠定理论基础。同时也为实现氮丙啶类药物中间体的绿色合成与制造提供理论依据。

技术领域

本发明属于酶催化生物合成技术领域，涉及氮丙啶三元环的生物合成方法，尤其是一种磺酰基转移酶、应用及其介导的氮丙啶环生物合成方法。

背景技术

氮丙啶环(Aziridine)是由一个氮原子和两个碳原子组成的三元环状结构；其结构为：由于三元环结构紧凑，环张力很大，因此具有很强的化学反应活性，可与多种化学基团(包括：各种亲核基团、有机锂试剂和吉尔曼试剂等)发生开环反应、取代反应和加成反应等，在药物中间体合成以及其它有机合成过程中具有重要的用途。同时，Aziridine也是很多天然活性产物的重要官能基团，可介导氮丙啶类天然产物与生物大分子(蛋白质、核酸)之间的相互作用，并导致生物大分子发生结构和功能的改变。目前临床上比较重要的几种抗肿瘤药物，如丝裂霉素C(Mitomycin C)、甲基丝裂霉素(Porfiromycin)以及噬癌菌素A(CarzinophilinA)等均含有氮丙啶官能团结构。另外，还有很多人工合成或半合成的氮丙啶结构衍生物，如：12ɑ,13ɑ-aziridinyl epothilone、amide aziridine-2-carboxylic acid、Imexon、3,5-bis(1-aziridinylmethyl)-2,6-dimethylpyridine以及含Aziridine的脂肪酸等均具有一定的抗菌、抗肿瘤以及免疫抑制活性。通过化学催化修饰或生物催化修饰的方式，在适当的有机分子中引入一个氮丙啶三元环，可能使其产生多种生物学活性，从而为临床治疗提供更多的新型候选药物。因此，对其合成方式的研究一直以来都是国内外专家学者所关注的一个问题。目前国内外关于Aziridine的研究，多集中在化学合成工艺的优化等方面，但化学合成存在反应条件苛刻、步骤多、产率低等问题，使得Aziridine合成的整体经济效益不高。因此研究Aziridine的生物合成催化机制，并在此基础上建立一种选择性更强、反应条件更为温和的酶催化合成方法也是目前Aziridine合成方式研究的一个重要方向。目前关于氮丙啶环生物合成方式的研究进展缓慢，已发表的氮丙啶类天然产物的生物合成基因簇只有4个，其结构为：

，包括来源于链霉菌S.lavendulae的丝裂霉素(Mitomycin)生物合成基因簇、来源于S.sahachiroi的阿嗪霉素(Azinomycin)生物合成基因簇、来源于放线菌Kibdelosporangium sp.的阿奇斯霉素(Azicemicin)生物合成基因簇以及来源于S.ficellus的非昔罗霉素(Ficellomycin)生物合成基因簇。根据基因簇中相关基因的功能分析以及同位素示踪标记实验，这几种氮丙啶类天然产物的生物合成蓝图已基本构建，但都仅对可能参与氮丙啶环合成的基因进行了简单推测，并未对其做进一步分析和验证。

目前氮丙啶三元环的合成方法主要有均相法和多相法。均相法包括：(1)乙醇胺硫酸酯化法，即由乙醇胺与硫酸脂化，再用氢氧化钠环化而得，反应式如下所示：

该方法原料转化率为98.0％以上，产率为96.9％，纯度达98.0％以上，合成工艺稳定；

(2)2-氯乙胺法，即由2-氯乙胺烷或其盐酸盐在60-70℃下，与30％的NaOH水溶液反应，反应产物在35℃蒸馏，馏出氮丙烷水溶液，含氮丙烷71.6％，反应式如下所示：