前言

近年来，手性制药工业迅速发展壮大，单一对应体药物每年以大于20%的速度增长，其对手性胺的需求也随之增长。目前，超过70%的药物都是手性胺及其衍生物，如神经类药物、心血管药物、抗高血压药物、抗感染药物及疫苗等的合成都是以手性胺作为中间体，抗糖尿病新药Janu-via的主要成分西他列汀是R-型胺。这就催促人们寻找一种高效制备手性胺的方法，而转氨酶的出现使研究者看到了曙光。转氨酶以其高选择性、高转化率及温和的反应条件赢得了广大研究者的青睐，其能够催化1个氨基供体(氨基酸或简单的胺)上的氨基转移到前手性的受体酮，得到手性胺和副产物酮或者α-酮酸，反应过程需要磷酸吡哆醛(pyridoxalphosphate，PLP)的参与。

转氨酶合成手性化合物已经发展为一项关键的不对称合成技术，受到越来越受到众多研究者的重视和关注。2013年2月28日，第一届国际转氨酶生物催化研讨会于瑞典斯德哥尔摩召开，鉴于此，本文作者将转氨酶在手性化合物合成中涉及到的蛋白工程、表达与固定化、进程工程及应用方面的研究现状予以综述。

1转氨酶蛋白工程

蛋白工程是指通过改变已知蛋白的结构来改变其性质的过程，需要借助计算机和生物信息学手段来实现，是研究酶的功能及进化的重要技术，也是改变酶性质、开发新酶的重要方法。利用蛋白工程的方法对转氨酶进行改造即为转氨酶蛋白工程，其目的是得到有工业应用价值的酶，打通手性药物及化工产品的酶法合成途径。所用关键技术包括理性设计、定向进化以及两者组合方法;所涉及工具主要包括迭代饱和诱变(it-erativesaturationmutagenesis，ISM)、组合活性位点饱和测试(combinationofactivesitesaturationtest，CASTing)、蛋白序列活性关系(proteinse-quenceactivityrelationship，ProSAR)等。随着计算机技术以及生物信息学的快速发展，转氨酶蛋白工程迎来了第三次浪潮，成为国内外研究热点。

转氨酶蛋白工程主要包括5个步骤:选择合适的模板、稳定模板、确定活性位点、活性位点周围氨基酸残基理性设计或定向进化、突变体活性评估。经过以上几步，就可以根据人们的意愿将一个原本对某一底物无活性的转氨酶变为对此底物活性很高的生物催化剂，在此方面最成功的例子当属Savile等利用蛋白工程手段得到的突变型ATA-117，其能够用于工业化生产西他列汀。到目前为止，此酶是转氨酶工业化应用最成功的例子，利用该酶的西他列汀生物催化合成工艺获得2010年美国总统绿色化学挑战奖。目前，国内外很多课题组都在进行转氨酶蛋白工程的研究，近五年来，新型转氨酶如雨后春笋般涌出(表1)。

2转氨酶表达与固定化

转氨酶的表达目前有3种途径。第一，利用原始菌株表达，由于原始菌株表达量低及效率低下等不足，此途径现一般只在新产酶菌株初步筛选阶段使用;第二，利用工程菌表达，此法应用最多，目前转氨酶已经在原核与真核系统中实现表达。原核表达普遍采用大肠杆菌表达系统，例如Iwasaki等成功构建一种R-型转氨酶(R-TA)的表达工程菌E.coliHB101-pAT28-R-TA，通过工程菌的诱导表达可以得到大量R-TA;Savile等构建工程菌E.coliW3110-pCK110700-ATA-117表达ATA-117及突变酶;Cassimjee等利用工程菌E.coliBL21(DE)-pET28-ATA-113成功实现转氨酶ATA-113的大量表达。原核表达系统是目前掌握最为成熟的表达系统，其优点在于能够在较短时间内获得基因表达产物，而所需的成本相对低廉。但原核表达系统还存在许多难以克服的缺点，如无法对表达时间及表达水平进行调控，目的蛋白易形成包涵体，导致产物纯化困难。为弥补以上不足，许多学者将原核基因调控系统引入真核基因调控领域，采用真核系统进行目标蛋白的表达。真核表达有酵母表达系统、昆虫细胞表达系统和哺乳动物细胞三种系统，目前，转氨酶多采用毕赤酵母表达系统，如Bea等成功构建了ω-TA的真核表达系统P.p

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