鉴于光学纯胺在不同领域的重要应用，由简单易得的原料出发，高效、绿色合成广谱的手性胺成为当前重要的研究领域。而生物催化因其反应条件温和、环境友好、对映选择性高等优势，近年来广泛应用于手性胺的合成。
目前已报道的方法中，转氨酶及胺脱氢酶催化的不对称胺化与单胺氧化酶催化外消旋胺的拆分研究较为成熟（图1），但在应用范围方面均存在一定的缺陷，例如底物谱窄、胺供体大过量、多酶体系增加产品分离纯化难度等问题。相比之下，酮胺化还原反应在手性胺合成中更具应用前景，但是天然的酮胺化还原酶鲜有报道。
图1.手性胺的生物法合成路线
近期，英国曼彻斯特大学的Turner教授课题组发现一个来源于Aspergillusoryzae(米曲霉)的胺化还原酶AspRedAm，可以实现一系列酮与胺的还原胺化反应，部分反应可以实现酮与胺的1:1当量反应，并通过晶体结构分析找到关键活性位点，进而改造获得转化率及对映选择性显著提高的突变体，相关工作发表在Nat.Chem.上。
首先，作者选择了32个酮和18个胺进行活力测定，发现该酶具有较广的底物谱，并且是目前发现具备酮胺化还原活力的催化活性最高的酶，依据活力及氨基供体当量将酮和胺分别分为四组和三组，其中groupI、II与groupA可以实现化学当量反应。以活力数据作为指导，在最佳反应条件下，作者引入葡萄糖脱氢酶GDH构成辅酶NADPH循环系统，实现了三十多个手性胺高转化率、高选择性的生物转化过程（图2）。
图2.AspRedAm催化酮胺化还原反应的相对活力
随后，作者根据动力学研究结果指出，反应过程中亚胺中间态的形成也在酶的活性口袋中进行，这区别于以往发现的催化酮胺化还原的亚胺还原酶，因此AspRedAm在催化活性上表现出明显的优势。此外，对获得的AspRedAm-底物/产物-NADPH三元复合物晶体结构解析，作者预测了活性口袋附近的6个关键氨基酸残基，并通过动力学测定验证了D和Y两个催化残基（图3）。
图3.AspRedAm晶体结构及重要催化残基突变体的动力学参数
最后，作者在结构分析的基础上进行蛋白质工程改造，获得转化率及对映选择性显著提高的突变体QA及立体选择性与之反转的突变体WA，并对不同类型的7个手性胺进行了mg规模的制备反应（图4），分离得率基本大于70%，时空得率高达3.73gl?1d?1。综合考虑，这里发现的属于亚胺还原酶亚家族的还原胺化酶AspRedAm具备优异的催化性能，可实现多种重要工业用光学纯胺的生物催化合成。
图4.AspRedAm及其突变体的制备反应结果
文献来源：NatureChemistry9,–()
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