Page 211 - 《精细化工》2022年第3期

第 39 卷第 3 期 精 细 化 工 Vol.39, No.3
2022 年 3 月 FINE CHEMICALS Mar. 2022

精细化工中间体
FgaPT2 酶催化合成 C-4 异戊烯基化吲哚

二酮哌嗪和定向诱变增强收率

2
2
2
张弘弛 1,2 ，刘 瑞 1,2* ，高志慧 ，李 慧 ，杨 阳
（1. 山西大同大学 生命科学学院 山西 大同 037009；2. 山西大同大学 应用生物技术研究所 山西 大
同 037009）

摘要：在二甲基烯丙基二磷酸存在下，通过 FgaPT2 酶催化合成了一系列 C-4 异戊烯基化吲哚二酮哌嗪，测试了
其生物活性，对生物活性最高的产物，探讨了通过定点诱变提高酶合成的可行性。结果表明，FgaPT2 酶催化合
成了 7 个 C-4 异戊烯基化吲哚二酮哌嗪，FgaPT2 对底物具有一定的选择性，环-L-色氨酸-L-酪氨酸（Ⅰe）异戊
烯基化催化效果最好，产物环-L-4-二甲基烯丙基-色氨酸-L-酪氨酸（Ⅱe）收率达 36.1%。C-4 异戊烯基化显著
提高了吲哚二酮哌嗪的生物活性，尤其是环-L-4-二甲基烯丙基-色氨酸-L-色氨酸（Ⅱf）对 A549 和 MCF-7 细胞
达到 50%抑制效果时抑制剂的浓度（IC 50 值）分别为 54.6 和 30.7 μmol/L，对测试细菌和真菌的最低抑制浓度（MIC
值）在 0.5~4 mg/L，1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除活性的 IC 50 值为 98 μmol/L。Arg-244 的定点诱变表明，
在 19 个突变体中，52.6%的 FgaPT2 突变体提高了Ⅱf 收率，动力学参数验证了环-L-色氨酸-L-色氨酸（Ⅰf）与
突变 FgaPT2 之间的相互作用，可以提高Ⅱf 收率，其中 R244M 对Ⅰf 的亲和力最高，Michaelis-Menten 常数（K M ）
为 0.14 mmol/L，转化数（k cat ）为 0.0647 1/s，k cat /K M 为 462.14 L/(s·mmol)，产物收率最高，为 36.9%±1.2%。
关键词：吲哚二酮哌嗪；异戊二烯色氨酸合成酶；生物活性；定向诱变；精细化工中间体
中图分类号：O629.3；TQ251.3；TQ426 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2022) 03-0633-11

FgaPT2 enzymatic synthesis of C-4 isopentenylated indole diketopiperazines

and directed mutagenesis enhanced yield

2
2
2
1,2
ZHANG Hongchi , LIU Rui 1,2* , GAO Zhihui , LI hui , YANG Yang
（1. College of Life Science, Shanxi Datong University, Datong 037009, Shanxi, China; 2. Applied Biotechnology
Institute, Shanxi Datong University, Datong 037009, Shanxi, China）
Abstract: In the presence of dimethylallyl diphosphate, a series of C-4 isopentenylated indole
diketopiperazines were synthesized by FgaPT2 enzymatic catalysis. The bioactivity of the products was
tested. For the product with the highest biological activity, the feasibility of site-directed mutagenesis to
increase the yield of enzyme synthesis was studied. The results showed that seven C-4 isopentenylated
indole diketopiperazines were obtained. FgaPT2 exhibited certain selectivity for substrates, and had the best
catalytic effect on cyclo-L-tryptophan-L-tyrosine (Ⅰe), the product cyclo-L-4-dimethylallyl-Trp-L-Tyr (Ⅱe)
had a yield of 36.1%. C-4 isopentenylation significantly improved the biological activity of indoledione
piperazine. Especially, for cyclo-L-4-dimethylallyl-Trp-L-Trp (Ⅱf), the IC 50 [half maximal (50%) inhibitory
concentration] values on A549 and MCF-7 cells were 54.6 and 30.7 μmol/L, respectively, the MIC (minimum
inhibitory concentration) values of test bacteria and fungi were 0.5~4 mg/L, and the IC 50 value of
1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical scavenging activity was 98 μmol/L. Site-directed mutagenesis of
Arg-244 showed that among nineteen mutants, 52.6% of FgaPT2 mutants increased the yield of Ⅱf.
Kinetic parameters verified the interaction between cyclo-L-Trp-L-Trp (Ⅰf) and mutant of FgaPT2, which

收稿日期：2021-08-25; 定用日期：2021-11-10; DOI: 10.13550/j.jxhg.20210862
基金项目：山西省应用基础研究计划（201801D221240）；山西省高等学校科技创新项目（2020L0485）；山西大同大学科研基金
（2019K15）
作者简介：张弘弛（1980—），男，副教授，E-mail：zhanghclw@163.com。联系人：刘 瑞（1982—），女，教授，E-mail: liurlw@163.com。