01 烯還原酶簡介
烯還原酶(Ene-reductases, ERs)是一類能夠還原活化烯烴的氧化還原酶，可分為依賴于鐵硫簇的烯酸酯還原酶(Enoate reductases)、老黃酶(Old yellow enzyme, OYE)、醌還原酶(Quinone reductase)、短鏈脫氫酶和中鏈脫氫酶[1]。其中，老黃酶的研究和應用最多。
2010年，老黃酶被分為兩類，分別為“經典型”OYEs (Ⅰ類)和“嗜熱型”OYEs (Ⅱ類)[2]。隨著基因組計劃的進行，人們從真菌、細菌、古細菌、原生生物、藻類和高等植物中另外發現了三類不同的老黃酶，分別為OYE III類、IV類和Ⅴ類。目前，OYE的分類仍在爭論中[3]。
老黃酶中所有的已知酶都具有典型的“TIM-barrel”結構，其結構內部是由八個β折疊形成的β桶狀結構，β桶狀結構被八個α-螺旋包圍，β折疊與α-螺旋之間通過蛋白質Loop結構連接。老黃酶N端上存在β-發夾結構，可關閉N端側的β桶狀結構。老黃酶C端非共價結合了黃素單核苷酸(FMN)，C端相連的Loop結構與FMN組成了酶的活性中心[4,5]。
“經典型”和“嗜熱型”OYEs的區別在于，“經典型”OYEs通常由單體或二聚體組成，而“嗜熱型”OYEs通過疏水作用將二聚體相互聚合形成四聚體，因此又被稱為“二聚體的二聚體”[6,7]。新發現的三類老黃酶(OYE III類、IV類和Ⅴ類)的蛋白質結構特征尚未解析透徹。
老黃酶有廣泛的底物譜，能夠催化不同的底物類型。例如，帶有吸電子基團(包括酮醛、醛、硝基、羧酸、酯、酸酐、內酯、亞胺等)的α,β-不飽和化合物。以下僅列舉了三類實例：
烯還原酶作為綠色生物催化劑，在不對稱還原碳碳雙鍵上展現出了諸多優勢：1) 反應會產生一個或兩個手性中心；2) 反應為一步酶法，工藝簡單；3) 反應條件溫和。
02 烯還原酶催化機理
烯還原酶不對稱催化機制包含了兩個半反應過程，還原半反應和氧化半反應(見圖1)。在還原半反應過程中，NADPH作為電子供體向FMN傳遞質子后，FMN被激活為還原態的FMNH2。在氧化半反應過程中，底物上的烯烴被酶激活，C=C鍵的電子密度下降，從而有利于FMNH2上的氫化物攻擊C=C鍵上的Cβ。附近酸性氨基酸殘基(通常為保守酪氨酸)的質子被定向轉移到Cα上，完成C=C 鍵的不對稱氫化。
圖1. 烯還原酶催化機理[11]
03 烯還原酶酶庫和酶開發服務
尚科生物從2007年來就專注于生物酶和生物催化技術以及合成生物學技術的開發與應用研究。尚科生物現有的烯還原酶酶庫(尚科生物代號：ES-ERED)中包含51種不同的烯還原酶，可以為客戶提供酶篩選、酶促反應工藝優化、酶改造和生產供應服務。
