立体选择性羰基还原酶及其在手性醇合成中的应用 化工进展    2021, 40 (3): 1142-1160.   DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-2124

图1 人类激素3-β-脱氢酶的结构示意图^[19]及短链脱氢酶的催化机理^[22]

正文中引用本图/表的段落

短链脱氢酶（SDRs）是一种非金属依赖酶，一般含有250~350个氨基酸残基。自19世纪70年代发现昆虫乙醇脱氢酶和细菌核糖醇脱氢酶以来，短链脱氢酶数量不断扩充，目前GenBank数据库中收录的短链脱氢酶的数量已超过99000种[15-16]。短链脱氢酶来源广泛，序列多样性高，自然界中25%的脱氢酶属于短链脱氢酶家族[17]。据辅酶结合域及催化活性位点的序列结构特征，科学家将短链脱氢酶分为“classical”“extended”“intermediate”“complex”“divergent”“atypical”和“unassigned”7种，其中“classical”和“extended”是研究最清楚的两类短链脱氢酶[18-19]。虽然该家族成员的不同种类蛋白之间序列一致性较低（20%~30%），但其高级结构高度保守。短链脱氢酶通常以单体、二聚体、四聚体、八聚体或十聚体等同源多聚体的形式存在。每个亚基均由含有多条β折叠交替α螺旋的Rossman折叠结构组成，底物结合区域位于C端，辅酶结合区域位于N末端[20]，辅酶的类型[NAD(H)/NAD(P)H]由N末端的GXXXGXG下游20个氨基酸左右的氨基酸残基决定，酸性氨基酸残基可特异性结合NAD(H)核糖环上2’和3’位羟基，碱性氨基酸残基则在与NADP(H)的结合中起重要作用[21]，底物特异性由高变异区C末端片段决定。Asn-Ser-Tyr-Lys是SDRs的催化四联体，Tyr起着Lewis酸/碱催化的作用，Lys以及氧化型辅酶能降低Tyr的pk_a值，推动羰基还原反应进行。Lys ε位的氨基与辅酶核糖环上的羟基形成氢键，Ser则与底物的羰基氧形成氢键，促进底物羰基的极化，利于还原反应发生。Asn能形成一个特征螺旋扭结（helical kink），其羰基与Lys周围的水分子结合并与Lys形成氢键，激发Lys的活性（图1）[22-24]。

中链脱氢酶（MDRs）是一类约含350个氨基酸残基的锌或非锌-依赖型脱氢酶.根据迭代隐马尔可夫模型（HMMs），中链脱氢酶可分为86类，包括MDR001-ADH、MDR002-PTGR、MDR003-FAS及MDR010-CAD等，不同种类间序列同源性在40%~90%之间.中链脱氢酶一般是以单聚体、二聚体或四聚体的形式存在.每个亚基含有两个结构部分[图2(a)][25]，N端与C端共折叠区域形成一个裂缝结构，为活性中心口袋，辅酶结合域覆盖了包括Rossman结构在内的C端大部分区域 [26-28].细菌中的中链脱氢酶通常为非锌-依赖型，而真核生物中的中链脱氢酶一般为锌-依赖型[29-30].锌离子有多种结合方式，有的辅酶结合域和活性中心均结合一个锌离子，有的只有活性中心结合一个锌离子，有的则不需要锌离子.中链脱氢酶的催化过程往往需要锌离子的参与，锌离子一般与Cys、His、Asp及一个水分子形成一个含羧基配体的四面体结构，参与酶与底物的结合过程[27].中链脱氢酶催化醛酮还原的过程中，羰基底物首先进入活性中心，与活性中心His、Ser和His残基连接的Zn+及辅酶核糖环上的两个羟基作用稳定构象，接收来自还原型辅酶C₄位上的[H]，转化为对应的醇产物[图2(b)][28]. ...