我國科學(xué)家開發(fā)出用于非天然產(chǎn)物手性合成的“三重態(tài)光酶”

酶是自然界漫長演化形成的高效生物催化劑，雖然生物酶數(shù)量和種類繁多、功能多樣，但往往僅適用于專一的底物和天然的生命化學(xué)反應(yīng)，難以滿足社會(huì)生產(chǎn)對(duì)多樣性功能化學(xué)品的合成需求。近年來，隨著合成生物學(xué)理論與技術(shù)的發(fā)展，通過在蛋白中人為設(shè)計(jì)和引入非天然活性中心構(gòu)建人工酶，能夠極大地拓展酶的催化反應(yīng)性，從而實(shí)現(xiàn)更多樣化非天然有機(jī)化學(xué)品的生物催化合成。

9月21日，華中科技大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)與西北大學(xué)合作，在《Nature》雜志上在線發(fā)表了題為“Enantioselective [2+2]-cycloadditions with triplet photoenzymes”的研究論文。團(tuán)隊(duì)結(jié)合有機(jī)合成、基因工程、蛋白質(zhì)工程、酶理論計(jì)算和結(jié)構(gòu)生物學(xué)等交叉學(xué)科的前沿理論和技術(shù)，將有機(jī)化學(xué)發(fā)展的二苯甲酮類三重態(tài)光敏劑定點(diǎn)插入到選定蛋白的手性空腔中，構(gòu)建了含非天然光催化活性中心的人工“三重態(tài)光酶”。該光酶具有能量轉(zhuǎn)移催化的非天然功能和作用機(jī)制，能催化底物從分子基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)發(fā)生光反應(yīng)，從而高效催化吲哚衍生物的分子內(nèi)[2+2]光環(huán)加成反應(yīng)，構(gòu)建高度張力環(huán)丁烷稠合的多環(huán)吲哚啉分子，并獲得大于99%的單一手性異構(gòu)體。

該研究開發(fā)的人工三重態(tài)光酶集成了化學(xué)光催化劑的高效反應(yīng)性和生物催化劑的精準(zhǔn)選擇性兩者的優(yōu)勢(shì)，為有機(jī)分子激發(fā)態(tài)反應(yīng)的手性選擇性調(diào)控提供了有效的手段，也從根本上拓展了酶催化的反應(yīng)類型。隨著計(jì)算輔助的人工酶理性設(shè)計(jì)能力的不斷提升和基因密碼子拓展技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，更多結(jié)構(gòu)和性質(zhì)獨(dú)特的化學(xué)光敏劑將被引入蛋白創(chuàng)造新的非天然光酶，從而豐富光驅(qū)動(dòng)生物催化的功能和應(yīng)用范圍。

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05342-4

注：此研究成果摘自《Nature》雜志，文章內(nèi)容不代表本網(wǎng)站觀點(diǎn)和立場，僅供參考。

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