科学家发展出多功能Ⅰ型醛缩酶催化环丙烷的立体选择性从头合成技术
文章导读
你是否想过，那些拯救生命的药物分子中，隐藏着一个神秘结构单元——环丙烷？它被称为"药物分子的骨架"，但传统合成方法却面临巨大挑战。近期，中国科学家突破性地利用天然酶催化剂，首次实现环丙烷的立体选择性从头合成。这项研究将普通醛缩酶改造成"全能工匠"，在单一活性位点完成四步连续反应，以99%以上的精准度构建出完美分子结构。这不仅为药物研发开辟了绿色制造新路径，更让我们看到了生物催化的无限可能。
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近日，中国科学院上海药物研究所研究团队，利用多功能Ⅰ型醛缩酶，催化环丙烷的立体选择性从头合成。
环丙烷是天然产物和药物分子中广泛存在的结构单元。目前，有机合成与酶法构建环丙烷骨架的策略主要依赖烯烃转化，而利用单一催化剂从头构建环丙烷三根碳—碳键的方法尚无报道。生物催化凭借高效的催化活性、优异的化学选择性与立体选择性，已成为有机合成的重要工具。其中，多功能酶可在单一活性位点内，特异性催化两种或两种以上不同机理的反应，最终将底物转化为产物。研究发现，使用多功能酶可有效简化酶的定向进化过程，使酶级联反应更加高效，降低酶的开发和制造成本，加速生物催化在有机合成中的广泛应用。
研究团队通过对I型丙酮酸醛缩酶NahE的功能重构和定向进化，将醛缩酶NahE改造为可催化aldol、脱水、Michael加成及分子内SN2取代反应的多功能生物催化剂，实现了环丙烷骨架的不对称从头合成。同时，研究获得的突变体可兼容多种芳香醛和脂肪醛类底物，并以优异的对映选择性（>99% ee）和非对映选择性（>20:1 dr）高效获得目标产物。
该研究展示了I型醛缩酶作为多功能酶的催化潜力，拓宽了其在不对称合成中的应用，为高附加值环丙烷化合物的绿色制造提供了新思路。
相关研究成果发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、中国科学院等的支持。
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