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立体选择性羰基还原酶及其在手性醇合成中的应用
张晓健, 刘倩, 柳志强, 郑裕国
化工进展    2021, 40 (3): 1142-1160.   DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2020-2124
摘要   （1240） HTML （67） PDF（pc） （3623KB）（1536）  

手性醇是重要的医药中间体与精细化工品，立体选择性羰基还原酶催化制备手性醇具有重要的研究与应用价值，受到国内外科学家和工程师的高度关注。本文主要围绕羰基还原酶的发现与分类、催化羰基还原反应的活性与立体选择性机制、酶的筛选挖掘与分子改造技术、辅酶还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（磷酸）的再生方法、羰基还原酶催化合成手性醇医药中间体与精细化学品技术开发与应用等方面展开综述。重点阐述了羰基还原酶催化制备降血脂、抗细菌或病毒感染、抗肿瘤、抗抑郁症、抗癫痫等重要疾病治疗药物中间体及脂肪族、芳香族手性醇精细化工品的国内外技术进展与应用，为高效能立体选择性生物催化剂的创制和手性化合物的生物合成提供理论借鉴和成功范例。



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图2 来源于Thermus sp. ATN1的中链脱氢酶TADH三级结构示意图[27]及中链脱氢酶催化机理[28]
正文中引用本图/表的段落
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]。
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]. ...
Structural basis for stereo-specific catalysis in NAD+-dependent (R)-2-hydroxyl glutarate dehydrogenase from Acidaminococcus fermentans
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2005
... 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pka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]. ...
NAD-binding domains of dehydrogenases
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1995
... 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pka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]. ...
Critical residues for structure and catalysis in short-chain dehydrogenases/reductases
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2002
... 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pka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]. ...
The catalytic mechanism of Drosophila alcohol dehydrogenase: evidence for a proton relay modulated by the coupled ionization of the active site Lysine/Tyrosine pair and a NAD+ ribose OH switch
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2010
... 立体选择性羰基还原酶遵循顺序Bi-Bi 动力学催化机制催化手性醇的合成，酶与辅酶NAD(P)H结合组成全酶，底物进入酶的活性中心，形成酶-底物复合体，底物获得辅酶传递的质子被还原为手性醇，NAD(P)H失去质子被氧化为NAD(P)+，手性醇与NAD(P)+随后与酶分离，NAD(P)+可通过辅酶再生途径转化为NAD(P)H进入下一次催化反应[46].由于底物酮的羰基C属于sp2杂化，呈平面结构，其平面前侧为re-面（re-face），后侧为si-面（si-face），如图4.辅酶NAD(P)H烟酰胺环C4上的[H]可通过4条途径传递给底物的羰基C，[H]传递途径取决于底物与酶结合的构象.当[H]以E1或E2的方式从底物羰基C的si-面进攻时，反应遵循anti-Prelog规则，获得(R)-醇；反之，当[H]以E3或E4途径从羰基C的re-面进攻羰基C时，反应遵循Prelog规则，得到(S)-醇.此外，酶的类型与结构决定了辅酶烟酰胺环C4上的pro-(R)-H还是pro-(S)-H传递给底物.Martins等获得NADH依赖型(R)-2-羟基戊二酸脱氢酶（HGDH）的晶体结构，揭示该酶在催化 2-酮戊二酸生成(R)-2-羟基戊二酸中的氢传递 机理，NADH烟酰胺环C4上pro-(R)-H进攻底物si-面，生成R型产物[23]. ...
Active site directed mutagenesis of 3β/17β-hydroxysteroid dehydrogenase establishes differential effects on short-chain dehydrogenase/reductase reactions
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1997
... 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pka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]. ...
Origin and evolution of medium chain alcohol dehydrogenases
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2013
... 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]. ...
Conserved structural features and sequence patterns in the GroES fold family
1
1999
... 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]. ...
Structure of the NADH-dependent thermostable alcohol dehydrogenase TADH from Thermus sp. ATN1 provides a platform for engineering specificity and improved compatibility with inorganic cofactor-regeneration catalysts
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2014
... 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]. ...

醛酮还原酶（AKRs）是一类含有320个左右氨基酸的非金属依赖型羰基还原酶，广泛存在于动物、植物、原核生物中，并大多以单体形式存在[31-33].目前其超家族成员超过190个，分布于AKR1-AKR15的15个家族[34]，每个家族成员之间的序列同一性大于40%.根据功能又可分为醛糖还原酶（aldose reductases）、醛还原酶（aldehyde reductases）以及羟类固醇脱氢酶（hydroxysteriod dehydrogenases）等.醛酮还原酶底物谱广，不仅参与内源性物质如糖醛、醛类脂以及酮前列腺素等的代谢，也可催化烷基、芳基醛酮、多环芳香族烃、黄曲霉毒素醛等外源性物质的代谢[35-40].醛酮还原酶在功能上与短链脱氢酶类似，但三维结构与其差异较大.醛酮还原酶主要结构框架为(α/β)8桶状结构，又称TIM结构，即中央由8个β折叠旋转交错排列，周围由8个α螺旋围绕，TIM结构外围还存在H1和H2两条α螺旋链[图3(a)][32,40-42].醛酮还原酶的辅酶结合区域位于TIM结构中央，活性中心则位于TIM结构的C端及延伸出的三个高变异的loop区.醛酮还原酶活性中心关键催化位点为Asp-Tyr-Lys-His.Tyr起Lewis酸/碱催化作用，Asp和Lys通过降低Tyr的pKa促进氢的传递，His与底物形成氢键[图3(b)][43-45]. ...
Structure of NADH‐dependent carbonyl reductase (CPCR2) from Candida parapsilosis provides insight into mutations that improve catalytic properties
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2014
... 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]. ...

醛酮还原酶（AKRs）是一类含有320个左右氨基酸的非金属依赖型羰基还原酶，广泛存在于动物、植物、原核生物中，并大多以单体形式存在[31-33].目前其超家族成员超过190个，分布于AKR1-AKR15的15个家族[34]，每个家族成员之间的序列同一性大于40%.根据功能又可分为醛糖还原酶（aldose reductases）、醛还原酶（aldehyde reductases）以及羟类固醇脱氢酶（hydroxysteriod dehydrogenases）等.醛酮还原酶底物谱广，不仅参与内源性物质如糖醛、醛类脂以及酮前列腺素等的代谢，也可催化烷基、芳基醛酮、多环芳香族烃、黄曲霉毒素醛等外源性物质的代谢[35-40].醛酮还原酶在功能上与短链脱氢酶类似，但三维结构与其差异较大.醛酮还原酶主要结构框架为(α/β)8桶状结构，又称TIM结构，即中央由8个β折叠旋转交错排列，周围由8个α螺旋围绕，TIM结构外围还存在H1和H2两条α螺旋链[图3(a)][32,40-42].醛酮还原酶的辅酶结合区域位于TIM结构中央，活性中心则位于TIM结构的C端及延伸出的三个高变异的loop区.醛酮还原酶活性中心关键催化位点为Asp-Tyr-Lys-His.Tyr起Lewis酸/碱催化作用，Asp和Lys通过降低Tyr的pKa促进氢的传递，His与底物形成氢键[图3(b)][43-45]. ...
Subdivision of the MDR superfamily of medium chain dehydrogenases/reductases through iterative hidden Markov model refinement
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2010
... 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]. ...
Superfamilies SDR and MDR: from early ancestry to present forms. emergence of three lines, a Zn-metalloenzyme, and distinct variabilities
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2010
... 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]. ...
The aldo-keto reductase superfamily homepage
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2003
... 醛酮还原酶（AKRs）是一类含有320个左右氨基酸的非金属依赖型羰基还原酶，广泛存在于动物、植物、原核生物中，并大多以单体形式存在[31-33].目前其超家族成员超过190个，分布于AKR1-AKR15的15个家族[34]，每个家族成员之间的序列同一性大于40%.根据功能又可分为醛糖还原酶（aldose reductases）、醛还原酶（aldehyde reductases）以及羟类固醇脱氢酶（hydroxysteriod dehydrogenases）等.醛酮还原酶底物谱广，不仅参与内源性物质如糖醛、醛类脂以及酮前列腺素等的代谢，也可催化烷基、芳基醛酮、多环芳香族烃、黄曲霉毒素醛等外源性物质的代谢[35-40].醛酮还原酶在功能上与短链脱氢酶类似，但三维结构与其差异较大.醛酮还原酶主要结构框架为(α/β)8桶状结构，又称TIM结构，即中央由8个β折叠旋转交错排列，周围由8个α螺旋围绕，TIM结构外围还存在H1和H2两条α螺旋链[图3(a)][32,40-42].醛酮还原酶的辅酶结合区域位于TIM结构中央，活性中心则位于TIM结构的C端及延伸出的三个高变异的loop区.醛酮还原酶活性中心关键催化位点为Asp-Tyr-Lys-His.Tyr起Lewis酸/碱催化作用，Asp和Lys通过降低Tyr的pKa促进氢的传递，His与底物形成氢键[图3(b)][43-45]. ...
The diversity of microbial aldo/keto reductases from Escherichia coli K12
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2013
... 醛酮还原酶（AKRs）是一类含有320个左右氨基酸的非金属依赖型羰基还原酶，广泛存在于动物、植物、原核生物中，并大多以单体形式存在[31-33].目前其超家族成员超过190个，分布于AKR1-AKR15的15个家族[34]，每个家族成员之间的序列同一性大于40%.根据功能又可分为醛糖还原酶（aldose reductases）、醛还原酶（aldehyde reductases）以及羟类固醇脱氢酶（hydroxysteriod dehydrogenases）等.醛酮还原酶底物谱广，不仅参与内源性物质如糖醛、醛类脂以及酮前列腺素等的代谢，也可催化烷基、芳基醛酮、多环芳香族烃、黄曲霉毒素醛等外源性物质的代谢[35-40].醛酮还原酶在功能上与短链脱氢酶类似，但三维结构与其差异较大.醛酮还原酶主要结构框架为(α/β)8桶状结构，又称TIM结构，即中央由8个β折叠旋转交错排列，周围由8个α螺旋围绕，TIM结构外围还存在H1和H2两条α螺旋链[图3(a)][32,40-42].醛酮还原酶的辅酶结合区域位于TIM结构中央，活性中心则位于TIM结构的C端及延伸出的三个高变异的loop区.醛酮还原酶活性中心关键催化位点为Asp-Tyr-Lys-His.Tyr起Lewis酸/碱催化作用，Asp和Lys通过降低Tyr的pKa促进氢的传递，His与底物形成氢键[图3(b)][43-45]. ...
Comparative anatomy of the aldo-keto reductase superfamily
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1997
... 醛酮还原酶（AKRs）是一类含有320个左右氨基酸的非金属依赖型羰基还原酶，广泛存在于动物、植物、原核生物中，并大多以单体形式存在[31-33].目前其超家族成员超过190个，分布于AKR1-AKR15的15个家族[34]，每个家族成员之间的序列同一性大于40%.根据功能又可分为醛糖还原酶（aldose reductases）、醛还原酶（aldehyde reductases）以及羟类固醇脱氢酶（hydroxysteriod dehydrogenases）等.醛酮还原酶底物谱广，不仅参与内源性物质如糖醛、醛类脂以及酮前列腺素等的代谢，也可催化烷基、芳基醛酮、多环芳香族烃、黄曲霉毒素醛等外源性物质的代谢[35-40].醛酮还原酶在功能上与短链脱氢酶类似，但三维结构与其差异较大.醛酮还原酶主要结构框架为(α/β)8桶状结构，又称TIM结构，即中央由8个β折叠旋转交错排列，周围由8个α螺旋围绕，TIM结构外围还存在H1和H2两条α螺旋链[图3(a)][32,40-42].醛酮还原酶的辅酶结合区域位于TIM结构中央，活性中心则位于TIM结构的C端及延伸出的三个高变异的loop区.醛酮还原酶活性中心关键催化位点为Asp-Tyr-Lys-His.Tyr起Lewis酸/碱催化作用，Asp和Lys通过降低Tyr的pKa促进氢的传递，His与底物形成氢键[图3(b)][43-45]. ...
Aldo-keto reductase (AKR) superfamily: genomics and annotation
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2009
... 醛酮还原酶（AKRs）是一类含有320个左右氨基酸的非金属依赖型羰基还原酶，广泛存在于动物、植物、原核生物中，并大多以单体形式存在[31-33].目前其超家族成员超过190个，分布于AKR1-AKR15的15个家族[34]，每个家族成员之间的序列同一性大于40%.根据功能又可分为醛糖还原酶（aldose reductases）、醛还原酶（aldehyde reductases）以及羟类固醇脱氢酶（hydroxysteriod dehydrogenases）等.醛酮还原酶底物谱广，不仅参与内源性物质如糖醛、醛类脂以及酮前列腺素等的代谢，也可催化烷基、芳基醛酮、多环芳香族烃、黄曲霉毒素醛等外源性物质的代谢[35-40].醛酮还原酶在功能上与短链脱氢酶类似，但三维结构与其差异较大.醛酮还原酶主要结构框架为(α/β)8桶状结构，又称TIM结构，即中央由8个β折叠旋转交错排列，周围由8个α螺旋围绕，TIM结构外围还存在H1和H2两条α螺旋链[图3(a)][32,40-42].醛酮还原酶的辅酶结合区域位于TIM结构中央，活性中心则位于TIM结构的C端及延伸出的三个高变异的loop区.醛酮还原酶活性中心关键催化位点为Asp-Tyr-Lys-His.Tyr起Lewis酸/碱催化作用，Asp和Lys通过降低Tyr的pKa促进氢的传递，His与底物形成氢键[图3(b)][43-45]. ...
Human aldo-keto reductases: function, gene regulation, and single nucleotide polymorphisms
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2007
... 醛酮还原酶（AKRs）是一类含有320个左右氨基酸的非金属依赖型羰基还原酶，广泛存在于动物、植物、原核生物中，并大多以单体形式存在[31-33].目前其超家族成员超过190个，分布于AKR1-AKR15的15个家族[34]，每个家族成员之间的序列同一性大于40%.根据功能又可分为醛糖还原酶（aldose reductases）、醛还原酶（aldehyde reductases）以及羟类固醇脱氢酶（hydroxysteriod dehydrogenases）等.醛酮还原酶底物谱广，不仅参与内源性物质如糖醛、醛类脂以及酮前列腺素等的代谢，也可催化烷基、芳基醛酮、多环芳香族烃、黄曲霉毒素醛等外源性物质的代谢[35-40].醛酮还原酶在功能上与短链脱氢酶类似，但三维结构与其差异较大.醛酮还原酶主要结构框架为(α/β)8桶状结构，又称TIM结构，即中央由8个β折叠旋转交错排列，周围由8个α螺旋围绕，TIM结构外围还存在H1和H2两条α螺旋链[图3(a)][32,40-42].醛酮还原酶的辅酶结合区域位于TIM结构中央，活性中心则位于TIM结构的C端及延伸出的三个高变异的loop区.醛酮还原酶活性中心关键催化位点为Asp-Tyr-Lys-His.Tyr起Lewis酸/碱催化作用，Asp和Lys通过降低Tyr的pKa促进氢的传递，His与底物形成氢键[图3(b)][43-45]. ...
Biocatalytic properties of a recombinant aldo-keto reductase with broad substrate spectrum and excellent stereoselectivity
2011
Characterization and identification of three novel aldo-keto reductases from Lodderomyces elongisporus for reducing ethyl 4-chloroacetoacetate
2014
Genomic mining-based identification of novel stereospecific aldo-keto reductases toolbox from Candida parapsilosis for highly enantioselective reduction of carbonyl compounds
2014
Improved o-chlorobenzoylformate bioreduction by stabilizing aldo-keto reductase YtbE with additives
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2014
... (S)-氯吡格雷（Plavix）是一种选择性血小板凝集抑制剂，由法国赛诺菲（Snaofi）公司开发，用于治疗因血栓引起的心肌梗死和缺血性卒中，是目前世界上最畅销的药物之一.在已报道的(S)-氯吡格雷合成途径中，(R)-邻氯扁桃酸甲酯的合成是关键步骤（图12）.Jeong等[114]利用邻氯苯乙酮酸甲酯为底物，以Saccharomyces cerevisiae全细胞为催化剂，不对称还原获得(R)-邻氯扁桃酸甲酯，e.e.达96.1%.一株来源于Thermus thermophilus的羰基还原酶也得到纯化与鉴定，使用该酶催化邻氯苯乙酮酸甲酯的还原，产率达95%，产物e.e.为92%[115].Ma等[116]对C. glabrata基因组进行分析，挖掘获得一株新型羰基还原酶CgKR1，在与葡萄糖脱氢酶共表达构建辅酶再生体系后，催化邻氯苯乙酮酸甲酯不对称还原生成(R)-邻氯扁桃酸甲酯，底物浓度达300g/L，产率为87%，e.e.达98.7%.Ni等[117]将来源于Bacillus sp.的醛酮还原酶与葡萄糖脱氢酶共表达后，催化(R)-邻氯扁桃酸甲酯的合成，底物 浓度进一步提升至500g/L，时空产率达812g/(L·d)，e.e.>99%.Xu等[39]发现，甘油可提升NADPH依赖型醛酮还原酶YtbE的热稳定性与操作稳定性，在1mol/L底物浓度下，使(R)-邻氯扁桃酸甲酯的产率由70.5%提高到96.6%.Zheng等[118]对羰基还原酶CgKR1 进行分子改造，获得CgKR1-F92C/F94W，用于系列手性醇医药中间体的制备，其中催化(R)-邻氯扁桃酸甲酯合成的活性提高了8倍. ...
Microbial aldo-keto reductases
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2002
... 醛酮还原酶（AKRs）是一类含有320个左右氨基酸的非金属依赖型羰基还原酶，广泛存在于动物、植物、原核生物中，并大多以单体形式存在[31-33].目前其超家族成员超过190个，分布于AKR1-AKR15的15个家族[34]，每个家族成员之间的序列同一性大于40%.根据功能又可分为醛糖还原酶（aldose reductases）、醛还原酶（aldehyde reductases）以及羟类固醇脱氢酶（hydroxysteriod dehydrogenases）等.醛酮还原酶底物谱广，不仅参与内源性物质如糖醛、醛类脂以及酮前列腺素等的代谢，也可催化烷基、芳基醛酮、多环芳香族烃、黄曲霉毒素醛等外源性物质的代谢[35-40].醛酮还原酶在功能上与短链脱氢酶类似，但三维结构与其差异较大.醛酮还原酶主要结构框架为(α/β)8桶状结构，又称TIM结构，即中央由8个β折叠旋转交错排列，周围由8个α螺旋围绕，TIM结构外围还存在H1和H2两条α螺旋链[图3(a)][32,40-42].醛酮还原酶的辅酶结合区域位于TIM结构中央，活性中心则位于TIM结构的C端及延伸出的三个高变异的loop区.醛酮还原酶活性中心关键催化位点为Asp-Tyr-Lys-His.Tyr起Lewis酸/碱催化作用，Asp和Lys通过降低Tyr的pKa促进氢的传递，His与底物形成氢键[图3(b)][43-45]. ...

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