キラル化合物の合成のための新しいアルコール脱水素酵素

カルボニル基のエナンチオ選択的還元は、ヒドロキシ酸、アミノ酸、ヒドロキシエステル、アルコールなどのさまざまなキラル化合物の産生に興味深いものです。このような製品は経済的価値が高く、食品や飼料の添加物、または有機合成のためのビルディングブロックとして最も興味深いものです。この目的のために、細胞全体（成長または休息）を伴う酵素反応または生体内変化について説明します。細胞全体との変換は、望ましい酵素の高価な分離を節約することに関して有利ですが、製品には多くの場合、エナンチオマーの過剰が高くなく、プロセスは時間空間が低くなります。キラルアルコールの合成については、市販のアルコールデヒドロゲナーゼを含むラボスケール合成のみがまだ報告されています。ただし、これらの酵素のほとんどは、基質の特異性、安定性（酵母ADH）またはエナンチオ選択性（Thermoanaerobium brockii ADH）を欠いているため、技術用途には限られた使用があります。さらに、これまでに記載されているすべての酵素は、（S） - アルコールです。ごく最近、私たちは、キラルアルコールの調製と技術的規模のヒドロキシエステルに適したいくつかの新しい細菌アルコールデヒドロゲナーゼを見つけて特徴付けました。驚くべきことに、これらすべての新規ADHのうち、（R）特異的酵素は、Lactobacillus属の株で発見されました。一方、これらの新しい酵素は広範囲に特徴付けられました。タンパク質データ（アミノ酸配列、結合カチオン）は、これらの触媒が新規酵素であることを確認しています。（R） - 特異的および（S）特異的ADHは、さまざまなケトンとケトーストを基質として受け入れます。Coenzyme依存性酵素の技術的使用の例として、キラル合成に対するアルコールデヒドロゲナーゼの適用可能性が実証され、この寄与で議論されています。特に、形成デヒドロゲナーゼによるコエンザイム再生と相まって、NAD依存性酵素は、細かい化学物質の生産に経済的に実行可能であることが証明されました。

The enantioselective reduction of carbonyl groups is of interest for the production of various chiral compounds such as hydroxy acids, amino acids, hydroxy esters, or alcohols. Such products have high economic value and are most interesting as additives for food and feed or as building blocks for organic synthesis. Enzymatic reactions or biotransformations with whole cells (growing or resting) for this purpose are described. Although conversions with whole cells are advantageous with respect to saving expensive isolation of the desired enzymes, the products often lack high enantiomeric excess and the process results in low time-space-yield. For the synthesis of chiral alcohols, only lab-scale syntheses with commercially available alcohol dehydrogenases have been described yet. However, most of these enzymes are of limited use for technical applications because they lack substrate specificity, stability (yeast ADH) or enantioselectivity (Thermoanaerobium brockii ADH). Furthermore, all enzymes so far described are forming (S)-alcohols. Quite recently, we found and characterized several new bacterial alcohol dehydrogenases, which are suited for the preparation of chiral alcohols as well as for hydroxy esters in technical scale. Remarkably, of all these novel ADHs the (R)-specific enzymes were found in strains of the genus Lactobacillus. Meanwhile, these new enzymes were characterized extensively. Protein data (amino acid sequence, bound cations) confirm that these catalysts are novel enzymes. (R)-specific as well as (S)-specific ADHs accept a broad variety of ketones and ketoesters as substrates. The applicability of alcohol dehydrogenases for chiral syntheses as an example for the technical use of coenzyme-dependent enzymes is demonstrated and discussed in this contribution. In particular NAD-dependent enzymes coupled with the coenzyme regeneration by formate dehydrogenase proved to be economically feasible for the production of fine chemicals.