Ene reductases from the old yellow enzyme (OYE) family can catalyze stereoselective reduction of C=C bond. The provision of stoichiometric NAD(P)H makes their application economically not feasible. Herein, this thesis covers the design of the light-triggered regeneration of the reduced form of nicotinamide analogues (mNADHs) by employing nitrogen-doped carbon nanodots (N-CDs) and rhodium-based electron mediator (M) that was further coupled with OYE-driven catalysis. CDs are emerging nano-sized photocatalysts as they are low-cost, water-soluble, photostable, and biocompatible. Photoexcited electrons were transferred from N-CDs to M that exhibits the excellent regiospecficity for 1,4-mNADHs. Subsequently, mNADHs delivered hydrides to OYE for the conversion of 2-methylcyclohexenone to enantiopure (R)-2-methylcyclohexanone (enantiomeric excess > 99%). Furthermore, regeneration of mNADHs outperformed that of NADH in terms of turnover frequencies and total turnover numbers. Our results suggest that the application of the photochemical regeneration of better-than-nature mNADHs to redox enzymatic reactions can synthesize high-valued chemicals in a productive and economical way.
구황색 효소는 매우 우수한 입체선택성으로 탄소 이중결합을 환원할 수 있다. 하지만, 고가의 니코틴아마이드 보조인자를 화학정량적인 양으로 공급하기에 경제적 어려움이 있다. 본 학위 논문에서는 저렴한 네 종류의 니코틴아마이드 보조인자 유사체를 광안정성과 생체적합성이 뛰어난 탄소나노점를 통해 광화학적으로 재생성하고 이를 구황색 효소 반응에 적용한 것을 보고한다. 탄소나노점에 의해 환원된 로듐 기반의 전자 전달체는 효소 활성을 갖는 보조인자 유사체를 재생성했으며, 유사체로부터 수소화이온을 전달받은 구황색 효소는 (R)-2-methylcyclohexanone을 뛰어난 거울선택성으로 합성했다. 더 나아가, 보조인자 유사체 재생성 시스템이 니코틴 아마이드 유사체 재생성 시스템보다 더 우수한 구황색 효소 반응의 전환빈도와 총전환수를 보여주었다. 본 연구는 저렴하면서 구황색 효소를 환원하는 능력이 뛰어난 유사체 보조인자를 재생성하는 것이 경제적이고 생산적으로 고가의 화합물을 생산하는 방법임을 제시한다.