Chem. Eur. J. :高效且廉价的酶促氧化还原反应辅因子NAD(P)H替代物 ——汉斯酯

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河南师范大学江智勇——郭远洋课题组报道了廉价、稳定且易得的汉斯酯可以作为辅酶NAD(P)H的高效替代物用于酶促氧化还原反应。以NAD(P)H为代表的辅酶往往价格昂贵且稳定性差,但同时又是生物氧化还原反应的必备因子。作者利用模型生物氧化还原反应,评估了汉斯酯以及其他电子供体在酶促反应中的电子传递效率,筛选出高效且稳定的NAD(P)H替代物汉斯酯4,该发现有望为降低酶催化氧化还原反应的成本提供新的思路。



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图1. 汉斯酯为酶促氧化还原反应提供电子驱动力

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图2. NAD(P)H与汉斯酯(HEs)的化学结构:A. NAD(P)H的结构特征;B. NAD(P)H和汉斯酯的共性结构单元

NADH和NADPH,即还原态辅酶I和II(图2A),是大多数生物氧化还原反应的天然电子供体,但其成本昂贵且不稳定。对于大多数酶催化的体外氧化还原反应来说,通常需要以化学计量添加NAD(P)H(或使用人工NAD(P)H循环系统)。随着酶促生物氧化还原反应在学术界和工业界的广泛应用,NAD(P)H的成本和不稳定性成为相关领域的关键问题之一。


针对上述问题,作者合成了一系列汉斯酯,引入了两种氧化酶反应体系(非血红素双铁离子型氨基氧化酶AzoC和AurF)和两种还原酶反应体系(黄素依赖型的烯还原酶Glu-ER和Cs-ER)为模型反应,以模型反应中的底物消耗量为标准,评估了汉斯酯和其他电子供体的电子传递效率,利用一系列体外生化反应以及对照实验,筛选出具有与NAD(P)H以及人工NAD(P)H循环系统相当电子传递效率的汉斯酯4。此外,作者还利用电化学以及对照控制实验等方式,探究了汉斯酯4在酶促反应中介导电子传递的机理。


该研究筛选到汉斯酯4的电子传递效率与NAD(P)H相当,化学稳定性比NAD(P)H更好。汉斯酯4在大多数地区都有市售,且市售价格比使用NAD(P)H和人工NAD(P)H循环系统要低的多;汉斯酯4还可以通过简单的一锅一步法合成(对无法通过市售方式获得汉斯酯4的实验室也极为友好)。此外,汉斯酯也是一种被世界各国广泛批准且已被长期使用的食品和饲料添加剂,因此也不具有安全问题。综上所述,汉斯酯可以作为高效、廉价、安全且易得的NAD(P)H替代物用于生物氧化还原反应,对于控制酶促生物氧化还原反应的成本具有重要意义。

文信息

Hantzsch Ester as Efficient and Economical NAD(P)H Mimic for In Vitro Bioredox Reactions

Dr. Yuan-Yang Guo, Ze-Hua Tian, Yu-Chen Han, Dandan Ma, Dr. Tianju Shao, Prof. Dr. Zhiyong Jiang


Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202301180




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