1. 研究目的与意义
天冬氨酸酶（aspartase/asp）是一种氨基酸解氨酶（amino acid ammonia lyase, al），生产中用于以富马酸为底物制备天冬氨酸，具有无需辅酶和氨基供体廉价多样等优点。在生物催化法制备手性胺化合物的常见催化剂中，转氨酶具有底物范围广泛的优点，但其催化反应常由于平衡反应或副产物难以分离等问题，只有极少数工业化应用的例子；氨基酸脱氢酶被用于规模化生产l-叔亮氨酸和l-2-氨基丁酸等非天然氨基酸，但需要氧化还原辅酶循环，氨基供体也限制为氨水；单按氧化酶目前只能用于拆分，而亚胺还原酶不但需要辅酶循环系统，还不能制备目前用途最广的伯胺，这两者尚无工业化应用的报道。因此，开发氨基酸解氨酶为催化剂的合成路线对生物法生产手性胺化合物具有重要意义。
酶与底物的结合机制是近年来酶工程的研究热点。常见的底物结合基团的改进方法有：对于底物中的极性带电基团，通常可以由结合位点残基通过电荷作用进行结合，极性非带电基团可以通过极性相互作用进行结合，并且都可以将远距离的氨基酸残基通过诱导效应发挥作用；对于底物中的非极性芳香性基团，某些π-π作用或p-π作用可以加强非极性作用的结合；但是对于底物中的非极性脂肪链基团，除了范德华力引发的位阻效应，其结合机制是否有其他作用力参与，极性基团与非极性基团的位阻效应是否有区别，远距离氨基酸是否有贡献？目前尚无对此问题的成熟解决方案，对脂肪链底物进行改造的成功案例尚较少。
氨基酸解氨酶既可以催化2-烯羧酸亲电加成生成氨基酸的反应，也可以催化产物的氨基脱下形成2-烯羧酸的逆反应，这两类反应在精细化工和代谢工程中都有广泛的应用前景。然而氨基酸解氨酶是目前发现的底物特异性最严格的几种酶之一，底物范围较窄，因此不但报道的氨基酸解氨酶反应较少，也限制了其在实际生产中的应用。本研究拟通过对芽孢杆菌天冬氨酸酶底物结合机制的深入理解，研究其底物范围是否能够扩展至无α-羧基的β-氨基酸，具有较强的科学意义和实用价值。
2. 研究内容和预期目标
本实验拟对常见天冬氨酸酶的反应机理进行研究，首先使用swiss- model 在线服务器进行来自芽孢杆菌ym55的天冬氨酸酶突变体蛋白质三维结构建模，并对其进行评估。本实验的第二个研究内容是探索已报道的bsaps-c6突变体对新型底物巴豆酸的活性机制，对其活性机理进行解释，并获得一些天冬氨酸酶的作用规律。本实验的第三个研究内容是在上述研究的基础上，选择可能的突变位点并进行虚拟突变，对突变体与新型底物的活性做出预测。
本实验的预期目标是探索芽孢杆菌天冬氨酸酶的反应机理，并确定其结构功能之间的关系。
3. 研究的方法与步骤
1 搜索获得目标蛋白3r6v的序列和三位结构；
2 对3r6v的已报道突变体bsaps-c6进行建模并进行评估；
3 将bsaps-c6与巴豆酸进行对接，并根据对接结果解释其活力变化；
4. 参考文献
[1] prier ck, zhang rk, buller ar, brinkmann-chen s, arnold fh. enantioselective, intermolecular benzylic c–h amination catalysed by an engineered iron-haem enzyme. nature chem. 2017, 9: 629-634.
[2] wang j, ilie a, yuan s, reetz mt. investigating substrate scope and enantioselectivity of a defluorinase by a stereochemical probe. j. am. chem. soc. 2017, 139: 11241–11247.
[3] turner nj. ammonia lyases and aminomutases as biocatalysts for the synthesis of alpha-amino and beta-amino acids. engineering the third wave of biocatalysis. curr. opin. chem. biol. 2010, 15: 234–240.
5. 计划与进度安排
1. 2022-12-20～2022-1-20接受任务、查阅和翻译文献、撰写及完成开题报告
2. 2022-2-25～2022-3-25目标蛋白的模型建立及质量分析
3. 2022-3-25～2022-4-25突变体与新型底物的对接
