ω-氨基酸（ω-AAs）和内酰胺是存在于许多天然和合成生物活性化合物中的重要结构单元，广泛应用于聚酰胺生产中。工业上，以环己酮为主要前体合成己内酰胺，再通过己内酰胺开环聚合制备尼龙6聚合物。到目前为止，已经开发了许多用于生产ω-AAs的生物催化方法。但是，能够从廉价原料合成内酰胺的完整生物合成途径仍在开发中，并且需要设计良好的具有高活性酶的反应网络。
近期，韩国建国大学的HyungdonYun课题组报道了一种通过辅因子/副产物循环级联的方法由环烷胺合成己内酰胺。
图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
该方法是通过设计了一个以环烷胺（1）为多方面原料的智能循环级联实现的。当（1）用作转氨的胺供体时，其相应的脱氨基酮（2）用作CHMO生成内酯（3）的底物。乳糖酶（LA）催化3的自发水解开环，得到羟基脂肪酸（4），再经醛还原酶（AHR）转化为含氧脂肪酸（5）。随后，5被ω-TA胺化得到ω-AA（6）作为中间体，最后通过工程化环化酶将该开链类似物（6）环化成相应的内酰胺（7）。在整个反应过程中只消耗了化学计量的氧分子，达到了反应的原子经济性。
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这种辅因子/副产物循环级联的方法需要起始中间体来触发级联，并生成后续酶的底物。因此，对中间体4的浓度进行了优化。当中间体4的浓度为3mM时，可以实现90%以上的转化率。
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此外，还对不同来源的环化酶及其突变体进行了底物谱的筛选。
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由于全细胞生物转化具有成本效益和酶稳定性方面的优势，因此进一步尝试开发一种包含各种载体组合的全细胞大肠杆菌系统。采用全细胞催化，ω-AAs（6）的总转化率为80%，相应的己内酰胺（7a）的总转化率为75%。
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参考文献：An Integrated Cofactor/Co-Product Recycling Cascade for theBiosynthesis of Nylon Monomers from Cycloalkylamines
Angew. Chem. Int. Ed.
DOI：10.1002/anie.202012658
原文作者：Sharad Sarak, Sihyong Sung, Hyunwoo Jeon, MaheshD. Patil, Taresh P. Khobragade, Amol D. Pagar, Philip E. Dawson, and Hyungdon Yun*
