Nature:我国科学家开发出用于非天然产物手性合成的“三重态光酶”

酶是自然界漫长演化形成的高效生物催化剂，虽然生物酶数量和种类繁多、功能多样，但往往仅适用于专一的底物和天然的生命化学反应，难以满足社会生产对多样性功能化学品的合成需求。近年来，随着合成生物学理论与技术的发展，通过在蛋白中人为设计和引入非天然活性中心构建人工酶，能够极大地拓展酶的催化反应性，从而实现更多样化非天然有机化学品的生物催化合成。

华中科技大学研究团队与西北大学合作，在《Nature》杂志上在线发表了题为“Enantioselective [2+2]-cycloadditions with triplet photoenzymes”的研究论文。团队结合有机合成、基因工程、蛋白质工程、酶理论计算和结构生物学等交叉学科的前沿理论和技术，将有机化学发展的二苯甲酮类三重态光敏剂定点插入到选定蛋白的手性空腔中，构建了含非天然光催化活性中心的人工“三重态光酶”。该光酶具有能量转移催化的非天然功能和作用机制，能催化底物从分子基态跃迁到激发态发生光反应，从而高效催化吲哚衍生物的分子内[2+2]光环加成反应，构建高度张力环丁烷稠合的多环吲哚啉分子，并获得大于99%的单一手性异构体。

该研究开发的人工三重态光酶集成了化学光催化剂的高效反应性和生物催化剂的精准选择性两者的优势，为有机分子激发态反应的手性选择性调控提供了有效的手段，也从根本上拓展了酶催化的反应类型。随着计算辅助的人工酶理性设计能力的不断提升和基因密码子拓展技术的进一步发展，更多结构和性质独特的化学光敏剂将被引入蛋白创造新的非天然光酶，从而丰富光驱动生物催化的功能和应用范围。