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    生物催化系列 — 亚胺还原酶

    分类： 行业动态

    分类： 公司新闻

    发布时间：2026-10-30 16:39

    亚胺还原酶（Imine Reductase, IRED），是一类NAD(P)H依赖型氧化还原酶，催化C=N双键还原为C-N单键；其中包含一个特殊亚族——还原胺化酶（Reductive Aminase, RedAm），可催化羰基化合物与胺的还原胺化反应。

    亚胺还原酶简介

    亚胺还原酶（Imine Reductase, IRED），是一类NAD(P)H依赖型氧化还原酶，催化C=N双键还原为C-N单键；其中包含一个特殊亚族——还原胺化酶（Reductive Aminase, RedAm），可催化羰基化合物与胺的还原胺化反应。现在已知的绝大多数天然IRED偏好以辅因子NADPH作为氢供体，而近期也有研究报道了天然NADH依赖型IRED[1]。IRED反应式如图1所示。

    图1. 亚胺还原酶的反应式

    亚胺还原酶天然状态的三维结构为同源二聚体形式，每个单体由N端Rossmann结构域和C端螺旋束结构域组成，两个结构域由一条长的α螺旋连接。两个单体之间的交界裂隙构成了酶的催化口袋，辅因子NADPH就结合在此区域[2]。

    图2.NADPH依赖型IRED的二聚体结构(PDB 3ZHB)[2]

    相较于转氨酶，亚胺还原酶的突出特点为，产物不局限于伯胺，还可一步反应构建仲胺和叔胺[3]，是手性胺合成领域极具潜力的一类生物催化剂。亚胺还原酶的应用实例如下：

    实例1、制备(S)-降烟碱[4]

    实例2、制备枸橼酸托法替布（Tofacitinib citrate）中间体[5]

    实例3、制备阿布昔替尼（Abrocitinib）中间体[6]

    实例4、制备恩利西肽（enlicitide）中间体[7]


     

    亚胺还原酶反应催化机理

    以AspRedAm催化的还原胺化反应为例[8]：

    1）胺化反应：酪氨酸177顺利获得氢键固定酮底物，天冬酰胺93与天冬氨酸169固定胺底物；天冬氨酸169作为碱夺取胺基质子，使胺去质子化；随后胺亲核进攻酮的羰基碳，形成四面体过渡态；在疏水环境中，过渡态自发脱去一分子水形成亚胺中间体，完成胺化反应。

    2）还原反应：NADPH烟酰胺环C4的氢负离子选择性地从C=N双键的re面或si面进攻，使亚胺中间体被还原，生成具有特定构型的手性胺。

    图3.亚胺还原酶的催化机制[8]


     

    亚胺还原酶酶库和酶开发服务

    购宝钱包APP生物从2007年来就专注于生物酶和生物催化技术以及合成生物学技术的开发与应用研究。购宝钱包APP生物现有的亚胺还原酶酶库（代号：ES-IRED）中包含46种亚胺还原酶，可以为客户提供酶筛选、酶促反应工艺优化、酶改造和生产供应服务。

    参考文献

    [1] Xin-Yuan Shen, Yu-Xuan Wu, Gao-Wei Zheng, et al. A motif-based deep learning tool for the identification of unusual NADH-dependent imine reductases[J]. Chem, 2026, 12, 7, 102956.

    [2] Rodriguez-Mata M，Frank A，Wells E，et al．Structure and activity of NADPH dependent reductase Q1EQE0 from Streptomyces kanamyceticus, which catalyses the R-selective reduction of an imine substrate[J]. ChemBioChem, 2013, 14, 11, 1372-1379．

    [3] Amelia K. Gilio, Thomas W. Thorpe, Alex Heyam, et al. A Reductive Aminase Switches to Imine Reductase Mode for a Bulky Amine Substrate[J]. ACS Catal. 2023, 13, 1669−1677.

    [4] 重庆博腾制药科技股份有限公司. 亚胺还原酶突变体、亚胺还原酶和葡萄糖脱氢酶共表达酶及其应用: 中国, 115491364A[P]. 2022-12-20.

    [5] 中国科研实验室天津工业生物技术研究所. 一种托法替布关键中间体的酶法制备方法: 中国, 114807071B[P]. 2023-10-20.

    [6] 购宝钱包APP生物医药(上海)有限公司. 种亚胺还原酶突变体及其在制备阿布昔替尼中间体中的应用: 中国, 119913121B[P]. 2025-12-09.

    [7] Artis Klapars, Anna Fryszkowska, Stephanie Galanie, et al. Biocatalytic cascades enable manufacture of the macrocyclic peptide enlicitide[J]. Science, 2026, 392, 6798, 643-647.

    [8] Mahima Sharma, Juan Mangas-Sanchez, Scott P France, et al.  A Mechanism for Reductive Amination Catalyzed by Fungal Reductive Aminases (RedAms) [J]. ACS Catal. 2018, 8, 12, 11534–11541.

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