南京大学/中科大等合作，Nature！

酶被认为是实现高立体选择性的特殊催化剂，但它们控制自由基反应性和立体诱导的能力落后于化学催化剂。硫胺素二磷酸(ThDP)依赖性酶是一个很好的表征系统，它激发了N-杂环碳(NHCs) 的发展，但尚未被证明在不对称自由基转化中是可行的。由于自然界倾向于避免可能对生物系统有害的自由基，因此缺乏一种生物相容的、通用的自由基生成机制。

2023年12月18日，南京大学黄小强、梁勇及中国科技大学田长麟共同通讯在Nature在线发表题为“A light-driven enzymatic enantioselective radical acylation”的研究论文，该研究通过蛋白质工程和与有机光氧化还原催化相结合，将ThDP依赖性裂解酶重新用作立体选择性自由基酰基转移酶(RAT)。

酶结合的ThDP衍生的酮基自由基是通过光激发有机染料的单电子氧化选择性产生的，然后与具有高对映选择性的前手性烷基自由基交叉偶联。通过这种方法，从醛和氧化还原活性酯制备了多种手性酮。机理研究表明，这种以前难以捉摸的双酶催化/光催化作用具有独特的ThDP辅助因子和易进化的活性位点。这项工作不仅扩大了生物催化的范围，而且为用酶控制自由基提供了一种独特的策略，补充了现有的化学工具。

自由基是一种高活性的中间体，在许多学科的分子制造中具有转化潜力，如天然产物合成、材料科学、药物和工业制造。然而，固有的活性自由基中间体使化学选择性和立体选择性的控制成为一个长期的挑战。尽管最近出现了一些用于选择性自由基反应的化学催化系统，但酶的策略和机制还有待探索。

大多数酶在可能的情况下都经过双电子途径的进化，而涉及单电子转移步骤的自由基酶就不太常见了。以广泛分布于所有生物体中的ThDP依赖性酶为例。通常，它们通过与不同的亲电试剂的非极性碳烯胺(Breslow中间体)的亲核加成(或反加成)催化多种C-C成键(或断键)反应，其中最著名的是苯甲醛裂解酶(BAL)15催化的安息香缩合反应。尽管一些早期研究表明丙酮酸:铁氧还蛋白氧化还原酶(PFOR)催化辅酶A (CoA)的乙酰化是通过单电子氧化途径进行的，但ThDP依赖性酶在立体控制自由基化学中的能力仍然未知。受多功能酶辅因子ThDP的启发，化学家们开发了各种仿生NHCs，作为有机催化剂，或者最近被应用于自由基催化。相比之下，通过模拟NHCs化学催化来扩大酶的种类将具有重要意义，但到目前为止仍然难以捉摸。

ThDP依赖性裂解酶重新用作RAT（图源自Nature ）

该研究报道了一个由ThDP依赖性酶和有机光氧化还原催化剂组成的双催化剂系统，以实现非自然的对映选择性自由基转化。ThDP依赖性BAL被重新定位为前所未有的RAT，通过合并可见光诱导的单电子转移和定向进化，催化羧酸衍生的前手性自由基与大量醛的酰化。与近年来基于人工光酶或黄素依赖/烟酰胺依赖氧化还原酶的非天然光酶催化不同，该研究引入了一类新的自由基酶和一种独特的酰基自由基转移机制，这不仅扩大了生物催化剂的范围，而且代表了一种优于化学NHC催化剂的前手性自由基立体控制方法。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06822-x

来源：iNature

转自：“小木虫”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！