[发明专利]一种Baeyer-Villiger单加氧酶及其应用

说明书

本发明公开了一种Baeyer‑Villiger单加氧酶及其应用，属于生物工程技术领域。本发明针对已经报道的Baeyer‑Villiger单加氧酶的对底物硫醚的低催化活性，热稳定性差、产物ee值低等问题，提供了另外一种Baeyer‑Villiger单加氧酶，该酶对线性酮、环酮和硫醚底物表现出的高立体选择性，并对环己酮和苯甲硫醚所具有的高催化活性，能够直接有效解决目前单加氧酶所存在的问题。在以苯甲硫醚为底物制备S‑苯甲亚砜时，转化率可达95％以上，得率可达99.5％。为工业化生产光学活性亚砜提供了一种新的思路和方法。

技术领域

本发明涉及一种Baeyer-Villiger单加氧酶及其应用，属于生物工程技术领域。

背景技术

Baeyer-Villiger单加氧酶(BVMO)属于黄素蛋白单加氧酶的一个分支，除了催化羰基的亲核氧化，还能实现杂原子的亲电氧化，主要以含硼、硒、硫等杂原子的有机化合物为主。由于其底物谱宽这一特性，在工业催化中得到了广泛应用。

光学活性亚砜作为一种重要的手性化合物，在化学合成工业的几乎每个领域都有很大的需求而吸引了众多关注，涉及到新型合成试剂、药物和功能材料的设计与开发。

手性亚砜作为一类极其有用的化合物，在不对称合成和医药领域具有广泛而重要的应用。通过化学方法很难实现硫醚的选择性亚砜化，因此酶介导的选择性亚砜化在过去几十年来都是有机化学家关注的热点之一。目前，许多酶和微生物整细胞作为催化剂已经被成功地用来催化合成手性亚砜，成为化学法的有益补充，其优点可以概括为更高的立体选择性。这主要是由于酶对底物的专一性识别作用、环境相容性和安全性。生物催化剂通常为微生物、植物以及动物细胞或者分离得到的酶，这些都是可再生的，使用后在环境中很容易降解，对环境没有污染。生物催化过程的反应条件温和，通常以水作为溶剂体系，比使用有机溶剂和有毒催化剂的化学法安全得多。正是由于生物催化的这些优势，利用生物法合成手性亚砜受到了越来越多的关注。关于手性亚砜生物法合成的报道也是从易制得的前体硫醚出发，经过微生物整细胞或者游离的酶对其进行氧化加氧反应，得到光学纯的亚砜。例如，Adam等人以苯甲硫醚为唯一碳源，通过富集培养从土壤中筛选出了一株菌株，然后用其整细胞对一系列芳基烷基硫醚进行了不对称氧化，生成的亚砜产物为S构型，最高的ee值高达以上99％，但是其对底物的耐受性很低，底物浓度只有1mM。而利用具有BV单加氧酶活性的菌株对一系列的苯基烷基硫醚和对甲基苯基烷基硫醚进行氧化时，可以生成S构型的产物，但ee值都很低 (《A highly enantioselective biocatalytic sulfoxidation by thetopsoil bacterium Pseudomonas frederiksbergensis》，公开于2004年)。后续有研究更加深入地报道了真菌对前手性硫醚的不对称氧化，包括芳基烷基硫醚、节基烷基硫醚、杂芳基烷基硫醚以及二烷基硫醚等等；几乎对所有硫醚的氧化都生成S构型的产物，ee值大于80％，得率大于79％(Holland等，《Biotransformation of sulfides byRhodocoeccuserythropolis》，公开于2003年)。众所周知，微生物整细胞中起催化作用的归根结底还是各种酶，而目前能立体选择性氧化硫醚生成相应亚砜(或砜)的酶主要有过氧化物酶和单加氧酶。其中，辣根过氧化物酶、钒加卤酶和氯过氧化物酶等催化一系列脂肪族和芳香族硫醚的氧化已经得到研究，但是产物的对映体纯度并不能达到要求。不同来源的过氧化物酶催化硫醚的不对称亚砜化反应，存在底物上载量低、产物ee值低等问题。