分享一篇Nature chemistry上的文章“Dual-function enzyme catalysis for enantioselective carbon–nitrogen bond formation”。本文通讯作者是来自加州理工学院的Frances H. Arnold教授与来自赫罗纳大学的Marc Garcia-Borràs教授，加州大学伯克利分校的Kai Chen。Frances H. Arnold教授课题组研究方向分别为生物催化、蛋白质工程、定向进化等，而Marc Garcia-Borràs教授研究方向为酶催化的中间体。胺在许多生物活性分子中广泛存在，因此发展高效、选择性好的形成C-N键的策略对于现代有机化学及生物化学来说具有重要意义。在定向进化的驱动下，过去曾发展了多种高效与高选择性的酶催化卡宾及氮烯的转移反应，但N-H键的插入反应，尤其是具有高立体选择性的N-H键插入反应仍然没有明显进展。在小分子催化中，N-H键插入通常采用了过渡金属催化剂与手性质子转移催化剂。即卡宾首先形成金属-卡宾复合物，胺通过亲核进攻形成叶立德中间产物，手性质子转移催化剂控制非对称的叶立德质子化。作者认为类似于小分子反应中的双催化剂策略，具有催化对映选择性的生物催化N-H键插入反应的酶至少具有如下两种功能，其一是催化产生卡宾并与氨基发生亲核反应，其二是催化立体选择的质子转移反应。作者由重氮内酯和N-甲基苯胺的反应开始，因此反应产物为生物体内相关的α-氨基内酯，目前也没有对映选择的小分子催化剂。此前作者已改造血红素蛋白加速内酯-卡宾的转移过程，因此作者希望在此基础上进一步发展对映选择的质子转移的功能。作者进行了定向进化的筛选，发现位于血红素上方的264位的氨基酸对控制对映选择性有重要作用，研究发现丝氨酸的亲水侧链对对映选择性起到了重要作用。分子动力学模拟发现在S264的稳定下，内酯主要只有一种朝向，卡宾仅有一面可以被氨基亲核进攻。同时氢键的形成也可提高羰基的亲电性，使反应活性升高。作者也发现此酶也可催化多种一级胺与二级胺与重氮内酯的反应。
本文作者：JGG
责任编辑：KLH
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41557-021-00794-z
文章引用：10.1038/s41557-021-00794-z
目前评论：