케토 화합물의 입체구조 선택적인 환원을 위한산화환원효소 document_id A220623063339

광학적으로 활성을 가진 하이드록시 화합물은 약학적 활성 화합물, 방향 물질, 페르몬, 농업 화합물 및 효소저해제의 합성에 널리 적용할 수 있는 가치있는 카이런(chiron)이다. 그로 인하여, 미래에는 라세믹 화합물은 약학 조제에 거의 이용되기 어렵기 때문에, 키랄 화합물에 대한 수요는 증가하고 있으며, 특히 약학 분야에서 키랄 합성 기술이 주목될 수 있다. 프로키랄 케토 화합물의 비대칭적인 환원은 입체구조선택적(stereoselective) 촉매작용의 섹터이며, 여기서 생촉매작용(biocatalysis)은 화학적 촉매작용에 대비해 강력하고 경쟁적인 기술이다. 화학적 비대칭적인 수소화(hydrogenation)는 높은 독성을 지니고 환경적으로 유해한 중금속 촉매의 이용 및 많은 양의 유기적 용매는 물론이고, 극도의 따라서 에너지 집중적인 반응 조건을 요한다. 또한, 이들 방법은 부작용과 불량한 광학 순도(enantiomeric excess)가 특징이다. 자연에서 프로키랄 케토 화합물의 키랄 하이드록시 화합물로의 환원과 그 반대 반응은 모든 생물체에 존재하는 일차적 물질대사와 이차적 물질대사과정을 포함하는 다양한 생화학적 경로에서 발견되고 있으며, 다른 종류의 이차 알코올 탈수소화효소(dehydrogenase)와 산화환원효소에 의하여 반응이 촉매된다. 보통 이러한 효소들은 보조인자 의존적이다. 종래에, 프로키랄 케토 화합물의 키랄 하이드록시 화합물로의 환원에서 생촉매제의 사용 가능성은, 분리된 산화환원효소와 다양한 세포 전체를 이용한 생물전환 시스템을 기초로 한 모델 시스템을 기반으로 반복적으로 입증되어져 왔다. 그 때문에 생촉매를 이용한 접근 방법은 완화된 반응조건(mild reaction condition)과 부산물의 미생성 및 종종 달성가능한 광학 순도에 상당히 유리하다는 점에서 아주 유용한 것으로 입증되었다. 분리된 효소의 사용은 생성물의 분리뿐만 아니라, 달성가능한 광학 순도, 분해 산물의 형성 그리고 부산물 생성 뿐만 아니라 산물 분리 측면에서도 전체 세포를 이용하는 방법보다 더 유용하다. 또한, 전체 세포를 이용하는 과정은 특별한 장비와 축적된 경험이 있어야 하기 때문에 모든 화학회사에서 이용할 수 없다. 최근 유기용매를 이용한 수상/유기상 2상(two phase) 시스템에서 분리된 산화환원효소의 사용은 매우 효과적이고 경제적이며, 높은 농도(003e#5%)도 역시 이용 가능한 것으로 알려지고 있다. 설명된 시스템에서 일반적으로 환원될 케토 화합물은 물에 잘 녹지 않아 유기용매와 함께 유기상을 형성하게 된다. 물론 유기용매 자체는 부분적으로 분리될 수 있다. 그러한 경우 환원될 케토 화합물로부터 유기상이 형성된다(DE 10119274, DE 10327454.4, DE 103 37 401.9, DE 103 00 335.5). 조효소의 재생은 대부분의 경우 물과 혼합될 수 있는 값싼 2-프로판올을 사용하는 2차 알코올의 동시 산화에 의하여 이루어진다. 높은 거울상이성질체 선택성을 가진 적합한 R-과 S-특이적 산화환원효소와 탈수소화효소의 예로는, 하기와 같다: 칸디다 파랍실로시스(Candida parapsilosis (CPCR) (US 5,523,223 and US 5,763,236, (Enzyme Microb Technol. 1993 Nov;15(11):950-8) )) 및 피키아 캡슐라타(Pichia caps㎕ata (DE10327454.4))로부터 유래된 카르보닐 환원효소, 로도코커스 에리스로폴리스(Rhodococcus erythropolis (RECR) (US 5,523,223)), 노르카르디아 푸스카(Norcardia fusca(Biosci. Biotechnol. Biochem., 63(10) (1999), pp.1721-1729; Appl Microbiol Biotechnol. 2003 Sep;62(4):380-6. Epub 2003 Apr 26)), 및 로도코커스 루버(Rhodococcus ruber(J Org Chem. 2003 Jan 24;68(2):402-6))로부터 유래된 카르보닐 환원효소. 락토바실러스(Lactobacillus) 속 균주(락토바실러스 케피르(Lactobacillus kefir, US 5200335), 락토바실러스 브레비스(Lactobacillus brevis, DE 19610984 A1)(Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 2000 Dec;56 Pt 12:1696-8), 락토바실러스 마이너(Lactobacillus minor, DE10119274)) 또는 슈도모나스(Pseudomonas (US 05385833)(Appl Microbiol Biotechnol. 2002 Aug;59(4-5):483-7. Epub 2002 Jun 26.,J. Org. Chem. 1992, 57, 1532)) 유래의 R-특이적 이차알코올 탈수소화효소. 그러나 오늘날 알려진 효소는 잠재적인 케토 화합물의 입체구조선택적 환원의 전체 시장을 개척하기에는 충분하지 못하다. 한편으로, 이 같은 사실은 개별적인 효소가 종종 서로 보충하기도 하는, 온도와 용매의 안정성뿐만 아니라, 기질 선택범위, 적정 pH 등, 연관된 다양한 특성을 나타내는 사실로 설명될 수 있다. 따라서, 비교적 유사한 상동 효소도 어떤 특정한 기질에 대하여 완전히 다른 변환특성을 보이기도 하는 한다. 또 한편으로는, 기술된 모든 효소들이 클로닝되지 않았으며 산업적으로 사용될 만큼 충분한 정도의 발현되지 않았다. 가능한 광범위한 효소적 비대칭적 수소화의 합성 가능성을 조사하기 위해서는 가능한 넓은 범위에서 산업적으로 접근할 수 있는 다양한 종류의 산화환원효소가 필요하며, 더욱이 이 산화환원효소는 유기용매를 포함한 수상/유기상 2상 시스템에 사용하기 적합하여야 한다.