Understanding and Overcoming the Limitations of Bacillus badius and Caldalkalibacillus thermarum Amine Dehydrogenases for Biocatalytic Reductive Amination

热稳定性 生物催化 还原胺化 胺气处理 化学 胺化 酶动力学 组合化学 催化作用 有机化学 活动站点 反应机理
作者
Ahir Pushpanath,Elina Siirola,Amin Bornadel,David Woodlock,Ursula Schell
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:7 (5): 3204-3209 被引量:83
标识
DOI:10.1021/acscatal.7b00516
摘要

The direct asymmetric reductive amination of ketones using ammonia as the sole amino donor is a growing field of research in both chemocatalysis and biocatalysis. Recent research has focused on the enzyme engineering of amino acid dehydrogenases (to obtain amine dehydrogenases), and this technology promises to be a potentially exploitable route for chiral amine synthesis. However, the use of these enzymes in industrial biocatalysis has not yet been demonstrated with substrate loadings above 80 mM, because of the enzymes' generally low turnover numbers (kcat < 0.1 s–1) and variable stability under reaction conditions. In this work, a newly engineered amine dehydrogenase from a phenylalanine dehydrogenase (PheDH) from Caldalkalibacillus thermarum was recruited and compared against an existing amine dehydrogenase (AmDH) from Bacillus badius for both kinetic and thermostability parameters, with the former exhibiting an increased thermostability (melting temperature, Tm) of 83.5 °C, compared to 56.5 °C for the latter. The recruited enzyme was further used in the reductive amination of up to 400 mM of phenoxy-2-propanone (c = 96%, ee (R) < 99%) in a biphasic reaction system utilizing a lyophilized whole-cell preparation. Finally, we performed computational docking simulations to rationalize the generally lower turnover numbers of AmDHs, compared to their PheDH counterparts.
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