文 献 综 述

1.1腈水解酶

腈化合物(R-CN)是一类非常重要的化合物，它的种类非常的繁多，现在自然中和人工合成的各类腈类化合物总数超过了 20000多种，然而在所有的腈类化合物中，大部分来自于人工合成[1]。腈类化合物也可以通过植物自身的合成产生，往往可以作为激素的前体物质(苯乙腈)，或者植物体内的存储化合物(腈脂)等等[2]。我们都知道，腈类化合物在工业上的重要应用是其往往能够作为底物，然后通过化学方法合成一些所需的医药中间体或者其他有用的物质。然而，目前工业上的腈类水解所采用的化学方法受到很大局限，因为其需要非常苛刻的条件，比如强酸、强碱或者高压等，而且产生的不期望的副产物具有一定的毒性，容易对环境造成危害。截然不同的是，腈类物质通过生物催化来产生对应的羧酸和酷胺类物质，此过程能够在很温和的条件下发生，而且产物具有较高的立体选择性[3]。通过大家都广泛熟悉的例子，比如丙烯酰胺的生产，生物法转化腈类化合物的潜力已经得到了证明[4] 。

腈类化合物的生物催化目前来说，主要是通过两种途径。一种是腈类化合物在腈水解酵的作用下通过一个直接的生物转化，释放氨从而形成对应的羧酸[5]。在80年代初，另外一种生物催化腈类化合物的方式也被发现，首先腈类化合物被水解成为酰胺类物质，随后再在酰胺酶的作用下生成对应的羧酸[6]。

腈水解醇，作为第一个腈类转化醇，大概最早是在40年前发现，能够水解有机腈产生羧酸和氨。其因为能够转化3-吲哚乙腈生成3-n引哚乙酸而闻名[5]。不像腈水合酶，腈水解酶在自然界各种存在的生物中发现，包括细菌、真菌、古细菌、植物和哺乳动物，其中细菌是腈水解酶的主要来源(Table 1)。

根据底物的特异性，腈水解酶普遍被分为三类:(1)芳香类腈水解酶，比如Rhodococcus rhodochrousn和一些真菌酶，它们主要是水解芳香腈。(2)脂肪类腈水解酶，tt如Krhodohmus K22和Acidovorax faeccilis 72W菌株产生的腈水解酶，它们主要是水解脂肪族的氰基。(3)芳基乙腈水解酶，主要能够水解芳基乙腈类物质。这个分类一直沿用到现在，即使一些腈水解酶表现出了更宽的底物专一性，能够被同时的划分到不同类。

根据氨基酸的同源性，腈水解酶属于蛋白超家族，也称作腈水解酶超家族。腈水解酶超家族中的酶都含有一个特定的空间结构。蛋白结构单元是由一个a-p-|3-a的三明治结构组成。腈水解酶的结构已经通过X-ray衍射技术得到确定，其空间结构也通过与超家族内其他成员的同源性比较从而得到推理[7]。大部分腈水解酶在溶液中是以一种非激活的多聚体存在，这种多聚体能够与具有活性的低聚体结合[25]。这种聚合作用可以通过很多方式来激活，比如底物、高浓度的酶含量、或者是通过物化条件的改变，比如加热，高浓度的盐(KC1， MgS04， NH4CI， (NH4)2S04)以及有机试剂的加入[8#8212;9]。腈水解酶的酶活力主要与一个由Glu-Lys-Cys组成的催化单元有关。反应的起始首先是有半胱氨酸的巯基亲核攻击腈的碳原子开始，从而产生一个共价键的链接。然后通过加入一个水分子形成一个四面体中间复合物。在这个过程中，谷氨酸作为基础，而赖氨酸残基能够稳定这种四面中间复合物[10]。

Kobayashi推测中间复合物能够通过两条不同的路径进行分裂，从而形成两种不同的产物[11]。第一条路径包括NH3从复合物上的消除，从而形成一个硫脂，这个硫脂可以与第二个水分子反应从而形成羧酸和最初的酶。这是一个最正常的路径。第二个路径会导致巯基的消除和酰胺的形成。因此，在某些情况下，腈水解SI也能够起到腈水合酶的作用。对于一些特定底物，主要的反应产物可能会是酰胺。举个例子，纯化的来自拟南芥的重组腈水解酶NIT4，在水解2-氰基-L-丙氨酸的时候能够产生超过60%的酰胺[12]。值得注意的是，腈水解酶催化的酰胺的形成是一个立体选择的过程。而腈水合酶的反应过程却不是。

1.2腈水解酶在有机合成中的应用