光學純度的氧化苯乙烯是醫藥、手性化學品和功能高分子的重要合成砌塊，烯烴的不對稱環氧化是合成該化合物最經濟、簡潔的方法之一。盡管苯乙烯不對稱環氧化已取得重要進展，然而包括化學和生物催化在內(nei) 的大多數體(ti) 係均以(S)-構型手性產(chan) 物為(wei) 主。開發高度(R)-對映選擇性苯乙烯環氧化的工程酶仍然具有一定挑戰和重要價(jia) 值。

　　鑒於(yu) P450酶在合成生物技術領域的巨大潛力，近年來，中科院青島生物能源與(yu) 過程研究所研究員叢(cong) 誌奇致力於(yu) 開發不依賴於(yu) 還原輔酶的非天然P450過加氧酶催化係統。他帶領的單碳酶催化研究組在國際上首次提出“雙功能小分子協同P450酶催化”的新概念，通過引入帶有內(nei) 嵌堿性基團的外源小分子作為(wei) 助催化位點，協助P450的血紅素活性中心活化過氧化氫，成功將單加氧酶P450BM3改造為(wei) 以過氧化氫作為(wei) 末端氧化劑的P450過加氧酶，為(wei) P450催化的非天然底物氧化轉化提供了新的策略。

　　據了解，細胞色素P450單加氧酶是公認的多功能生物氧化催化劑，是眾(zhong) 多天然產(chan) 物生源合成途徑中的限速酶之一，其也能夠催化多種不同類型的烯烴環氧化反應，然而已報道的野生型P450及其工程酶在苯乙烯環氧化的(R)-對映選擇性控製方麵均不理想。另外，絕大多數P450單加氧酶催化功能的實現高度依賴提供還原力的輔酶NAD(P)H和負責電子傳(chuan) 遞的還原伴侶(lv) 蛋白。

　　與(yu) 天然P450酶相比，“雙功能小分子協同的人工P450過加氧酶”具有獨特的催化特征。一是解除了P450BM3酶工程改造中對高度保守位點T268的突變限製，T268位於(yu) 血紅素活性中心的最近端，是天然酶中誘導催化活性中間體(ti) 形成的關(guan) 鍵殘基，同時其對底物結合構象有明顯調節作用，T268的可突變為(wei) 催化反應的區域和立體(ti) 選擇性控製提供了更多的可能。二是雙功能小分子N—(w—咪唑基)—己酰基—L—苯丙氨酸衍生物在發揮助催化作用的同時，也可調節底物的結合構象，進而影響反應的區域和立體(ti) 選擇性。

　　在此研究基礎上，叢(cong) 誌奇研究組利用P450酶的半理性設計和雙功能小分子協同P450催化策略有機結合，通過對T268位點作用的係統研究及與(yu) F87位點的組合突變，一並結合底物空腔周圍位點的迭代突變，實現了苯乙烯的高度不對稱環氧化。(R)-氧化苯乙烯的對映選擇性可達99% ee，催化活性同樣十分優(you) 異，反應總轉化數實現了目前P450過加氧酶催化苯乙烯環氧化的最優(you) 性能。

　　此外，取代苯乙烯的底物拓展同樣呈現優(you) 異的不對稱催化性能，(R)-氯/氟代氧化苯乙烯的對映選擇性均可實現95% ee~99% ee。典型突變的半製備量反應可保持(R)-氧化苯乙烯的高度對映選擇性，分離產(chan) 率達43%以上。

　　該研究顯示，蛋白質工程與(yu) 雙功能小分子協同P450過加氧酶催化策略組合可為(wei) 酶促烯烴不對稱環氧化提供一條新途徑，拓展了P450酶的催化應用範圍。

　　近日，相關(guan) 工作於(yu) 以封麵文章形式發表在英國皇家化學會(hui) 旗艦期刊Chemical Science上。研究組趙盼霞、陳傑博士為(wei) 論文共同第一作者，叢(cong) 誌奇為(wei) 通訊作者。該工作得到國家自然科學基金麵上項目，青島市創新領軍(jun) 人才計劃，青島能源所所內(nei) 合作基金以及山東(dong) 省合成生物技術創新中心等的大力支持。

　　論文相關(guan) 信息：https://doi.org/10.1039/D1SC00317H

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