応用生物プロセス学講座 > 研究内容 > 不斉還元バイオ触媒を用いる高効率な光学活性アルコール生産法の開発 不斉還元バイオ触媒を用いる高効率な光学活性アルコール生産法の開発Production of optically pure alcohols with an asymmetric hydrogen-transfer biocatalysis: application of engineered enzymes in polar organic solvent-water mediaAsymmetric reduction of ketones is a suitable method to obtain optically pure alcohols for pharmaceuticals and agrochemicals. A BINAP-Ru and its derivatives are well known organometallic catalysts for this purpose, and excellent performances have been demonstrated 1). However, several advantages of bio-based methods using enzymes or whole-cells systems compared with a BINAP process have been recognized in industry from the viewpoint of the cost of catalyst preparation, handling and green chemistry. We have developed an efficient method producing optically pure alcohols by asymmetric hydrogen-transfer bioreduction of ketones in 2-propanol (IPA) and water media with phenylacetaldehyde reducatse (PAR) from Rhodococcus sp. ST-10 2) and alcohol dehydrogenase from Leifsonia sp. S749 (LSADH) 3,4), which are able not only to reduce the targeted ketones but also to reproduce NADH from NAD+ using IPA (Fig.1a). To improve the conversion efficiency in high concentration of substrate and IPA, PAR mutant enzymes were engineered. PAR variant, Sar268/HAR1 (A3S, I4L, E12G, D42L, K67R, L125M, S173P, A327V) 5), was able to operate in relatively high concentration of IPA (>20% (v/v)) to achieve efficient conversion of concentrated substrate without altering the stereoselectivities. These mutation sites scattered on the protein surface and were distant from the active site of the enzyme. In addition, it was also confirmed that immobilization of E. coli biocatalyst with glutaraldehyde (GA) and polyethyleneimine (PEI) increased the stability of this biocatalyst during operation (Fig. 1b) 6). Enzyme catalysis in such media system would be very important to convert various organic compounds insoluble in water for biotechnology and bio-based green chemistry.
References
スチレン資化性菌Rhodococcus sp. ST-10(旧Corynebacterium)由来のフェニルアセトアルデヒド還元酵素(PAR)とLeifsonia sp. S749由来アルコール脱水素酵素(LSADH)をE. coliで発現し、同菌体反応により、両酵素の有する2-プロパノール脱水素酵素活性を補酵素の再生系に用いて、目的のケトンから100%に近い収率で高濃度にS、Rの両光学異性体アルコール(100-350g/L以上、96->99% e.e.)を生産するバイオプロセスを開発し、現在、住友化学株式会社等と共同で工業プロセスとしての確立を目指している。本法は、安価な2-プロパノールからNADHを経由して水素をケトンに移動し目的の光学活性アルコールを合成する水素移動型の非常に実用的なバイオプロセスである。その優れた点は、
等である。 既に、BINAPを始めとする金属化学触媒(不斉ルテニウム/ロジウム錯体触媒)を用いたテルペノイドやケトン類の不斉還元法が開発され、2001年度のノーベル化学賞の受賞対象となっている。本プロセスは、
現在、生産性なども考慮すると世界で最も優れたケトン類の不斉還元法であり、酵素触媒のライブラリー化が進展すれば、その汎用性は一層高くなるものと期待できる。 その他研究のテーマの説明 |
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