《JACS/Angew》报道南京大学黄小强团队在光酶催化领域的最新进展

发布时间:2024-05-22浏览次数:10

生物合成是提升“新质生产力”的重要手段之一,受到了学术界和工业界的广泛关注,同时也是大国竞争的焦点领域之一。受限于“酶元件”的催化功能局限,生物合成的范畴远远无法满足绿色经济发展的需求。南京大学黄小强课题组长期致力于开发新型光酶元件和光生物合成体系,前期发展了首例焦磷酸硫胺素依赖的自由基酰基转移酶(Nature 2024, 625, 74,以及可见光直接激发的黄素依赖蛋白(Nat. Catal. 2023, 6, 996。近期,该课题组与厦门大学王斌举课题组合作,将亚胺还原酶重塑为新光酶,实现了新光酶元件的开发以及手性胺的模块化不对称生物合成(J. Am. Chem. Soc.2024;与南京大学张艳课题组、厦门大学王斌举课题组合作,通过重塑烯烃还原酶,成功合成一系列含有相邻立体中心的手性内酯类化合物(Angew. Chem. Int. Ed. 2024

引入有机光化学反应机制,将天然存在的非光酶“重塑”为新型光酶,能够开发全新的非天然生物催化转化、互补当前化学合成手段。利用这个策略,领域的前期工作主要集中在黄素依赖蛋白和酮还原酶(图1A)。黄小强团队成功将天然的亚胺还原酶重新设计为一类新的光酶元件(图1B),实现了一例光酶催化手性胺生物合成新路径。

亚胺还原酶(imine reductase, IRED)在天然反应中通过双电子氢负转移的机制实现羰基化合物和胺的还原胺化。在本篇工作中,研究团队首次利用可见光直接激发与底物结合的亚胺还原酶,通过光引发的单电子转移过程产生活性的自由基物种;同时通过工程化改造亚胺还原酶,有效调控后续自由基转化的化学选择性和立体选择性;最终完成手性胺化合物的立体选择性合成,实现了挑战性的烯酰胺的对映选择性自由基氢烷基化。

1. 基于亚胺还原酶的光酶体系设计

另一方面,黄小强团队延续课题组之前开发的可见光直接激发烯烃还原酶的策略,进一步实现了一例光酶催化内酯化转化。针对烯烃还原酶催化机理中初始自由基成键步骤的立体化学控制难的问题,团队通过可见光引发的单电子氧化策略以及对烯烃还原酶的进化改造,精准调控自由基C-O键形成和HAT步骤,实现含有相邻立体中心的内酯类化合物的不对称光酶催化合成(图2)。

2. 基于烯烃还原酶的光酶体系设计

上述工作得到了南京大学启动经费、科技部重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等项目的支持。第一通讯单位为配位化学国家重点实验室、化学和生物医药创新研究院、南京大学化学化工学院。南京大学化学化工学院博士研究生陈彬/博士后李仁结,博士后余进海分别为相关工作的共同第一作者。

黄小强课题组长期招聘生物合成和化学合成方向的博士后、硕博研究生,详见课题组主页:https://www.x-mol.com/groups/huang_xiaoqiang