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在合成麝香中,麝香大环内酯是一类结构上最接近天然麝香的化合物,其在化妆品、制药、食品等行业具有广泛的应用。目前,麝香大环内酯主要以化学法制备。然而,传统的化学合成步骤繁杂,且往往伴随着高能耗和高污染。生物酶催化剂具有活性高,选择性好,反应条件温和的优点,可以作为传统化学合成工艺的绿色替代方法使用。本文主要研究了基于细胞色素P450单加氧酶的生物合成麝香大环内酯类化合物的方法,提出了两条利用脂肪酸来合成麝香大环内酯产物——环十五内酯和环十六内酯的途径。通过定向进化及酶分子设计,对关键酶的活性、选择性进行了改造,初步实现了生物酶催化的方法合成麝香大环内酯。首先,我们使用十五烷酸和棕榈酸为底物,利用P450末端羟化酶和商业化脂肪酶,构建了羟基化-内酯化两步级联反应来合成麝香大环内酯。在优化反应条件后,最终产率为81 mg环十五内酯/242 mg十五烷酸和199 mg环十六内酯/256 mg棕榈酸。该结果证实了利用脂肪酸合成麝香大环内酯的可行性。其次,我们开发并验证了一种面向P450末端羟化酶的高通量筛选系统。来自热带假丝酵母(Candida tropicalis)的脂肪醇氧化酶(FAO)可以专一性氧化ω-羟基脂肪酸。反应产生的副产物H2O2在辣根过氧化物酶(HRP)催化下可以氧化2,2’-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS),其产物ABTS自由基在405 nm下有吸光度。根据此原理开发的FAO-ABTS筛选方法可以在几分钟内测定出反应体系中ω-羟基脂肪酸的含量,进而得到P450末端羟化酶的酶活性。有效的高通量筛选方法为通过定向进化提高P450末端羟化酶的活性、选择性、稳定性奠定了基础。之后,为了进一步降低底物成本,我们提出了另一种合成麝香大环内酯的途径。即以硬脂酸为初始底物,通过羟基化-羰基化-酯化-水解-内酯化5步级联反应来合成得到产物环十五内酯和环十六内酯。对反应中用到的关键羟化酶P450 BM3,我们利用定点突变技术优化了其酶活性和选择性。得到的P450-L188Q突变体催化硬脂酸到ω-1羟基硬脂酸的转化率提高了 4.2倍,到ω-2羟基硬脂酸的转化率提高了 4.5倍。最终,环十五内酯和环十六内酯的产率为3.3%和5.4%。最后,对合成途径中使用到的重要工具酶PfBVMO,我们研究了影响其稳定性的原因。优化后的突变体PfBVMO-CtoS显示出比野生型更好的稳定性和更高的体外反应活性。PfBVMO-CtoS在以后可以加入到麝香大环内酯合成路线中,以简化反应条件,提高合成效率。本论文基于细胞色素P450的选择性羟化反应,从相对廉价的脂肪酸入手,合成出了具有高附加值的麝香大环内酯类产物。结果为脂肪酸的高值化利用和麝香大环内酯的绿色合成提供了新途径。