Nat. Chem.：光酶协同催化与多酶级联催化—立体选择性合成非天然多取代脯氨酸

主要观点总结

近期，加州大学圣塔芭芭拉分校的杨扬教授和匹兹堡大学的刘鹏教授联合报道了一种光酶协同催化与多酶级联催化反应，用于对映选择性制备多取代的非天然脯氨酸。通过对吡哆醛脱羧酶进行功能重构和定向进化，利用光酶协同催化策略，在可见光照射下实现环状亚胺的立体选择性合成。相关研究成果发表于Nature Chemistry杂志。通讯作者为杨扬教授和刘鹏教授，论文的第一作者为张晨博士。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

自从2023年以来，杨扬教授课题组通过生物催化与光氧化还原催化的协同作用，首先提出了吡哆醛（PLP）酶的功能重构，将多种闭壳层机制的吡哆醛酶改造成自由基酶，实现了多类分子间不对称自由基偶联反应。

关键观点2: 研究内容

1. 作者通过重新利用磷酸吡哆醛（PLP）依赖性天冬氨酸β-脱羧酶（UstD），设计了一种光生物催化的脱羧C-C键偶联与亚胺还原酶（IRED）级联反应。 2. 利用PLP酶特有的β-活化机制，实现了天冬氨酸的选择性β-脱羧，结合光氧化还原催化产生的自由基中间体，构建了PLP酶催化氨基酸转化的自由基参与的新途径。 3. 通过宏基因组IRED的高通量筛选，获得了能够高选择性控制多手性中心的亚胺还原酶（cpIRED），实现了动态动力学不对称转化（DyKAT），最终制备出含多达三个立体中心、具有2,5-anti构型的非天然脯氨酸。 4. 这种方法的底物适应性广泛，能够耐受多种取代基，并且所得非天然脯氨酸产物具有一致且优异的立体选择性。 5. 通过自由基捕获实验和DFT计算研究，揭示了反应机理。

关键观点3: 研究结果

该研究成功合成了一系列含有两个至三个手性中心的非天然脯氨酸产物，展现出优异的非对映选择性和对映选择性。研究成果不仅丰富了生物催化的反应类型，也为复杂手性氨基酸及其衍生物的绿色合成提供了全新思路与策略。

关键观点4: 研究团队

杨扬教授是加州大学圣芭芭拉分校化学与生物化学系副教授，专注于生物催化、酶的改造和有机化学研究。刘鹏教授是匹兹堡大学化学系教授，长期致力于催化反应活性和选择性的预测和计算机辅助催化剂设计。张晨博士是本研究的第一作者，在生物化学和糖化学领域有丰富的研究经验。