新型天然自由基生物催化剂：光酶体系的科学背景与贡献

新型天然自由基生物催化剂：光酶体系的科学背景与贡献

1. 科学背景

近十年来，能够优先作用于特定立体异构体的新型天然自由基生物催化剂取得了快速发展。其中，天然光酶家族体系受到广泛关注，但其催化反应需要稳定的光输入。光酶体系中的高能中间体为阐明生物催化剂的光物理和化学性质、探索新的光酶反应提供了肥沃的土壤。此外，天然光酶体系中的中间体有望促进不对称自由基的催化转化。然而，天然光催化酶的人工再利用仍然是一项非常具有挑战性的任务。

2. 科学贡献

美国加州大学圣芭芭拉分校杨洋教授和美国匹兹堡大学刘鹏教授利用强氧化激发肼类化合物设计脂肪酸光脱羧酶（FAPs）催化非天然光氧化还原自由基CC键的形成，成功开发非天然谷胱甘肽S-转移酶（RAPs），并通过开壳机制实现立体控制的环化反应。随着高通量实验平台的进步，RAPs具有很高的化学和立体选择性。

本研究成功开发出一组非对映异构体和对映异构体不同的 RAP 变体，从而制备出四种可能的立体异构体二元化合物。这些结果代表了重新利用天然光酶以实现新的天然化学的努力，并强调了天然光酶在解决合成问题中未被充分重视的作用。与之前通过激发态焦肼的强还原性来操纵“烯”还原的光酶研究不同，这是光酶催化领域的一项新突破，将 RAP 重新用于 FAP 中利用了激发态焦肼（异噁嗪）的强氧化能力来引发自由基生物转化。

图 1 FAP 的重新利用和定向进化为新的天然立体选择性 RAP

图 2 化学选择性和立体选择性 RAP 的开发：FAP 的挖掘和工程

图3 RAPs催化不对称脱羧自由基环化反应的底物范围

图4 正交光酶变体的定向进化-用于1p的立体发散不对称自由基环化-

3.【创新】

作者设计了脂肪酸光脱羧酶（FAP），利用焦酰肼的强氧化激发态来催化非自然光氧化还原自由基CC键的形成。通过基因组挖掘、合理改造和定向进化，作者开发了一类具有优异化学选择性、对映选择性和非对映选择性的自由基光环化酶，可驱动脱羧自由基环化反应并抑制自由基介导的立体化学反应。

4.科学启蒙

作者成功地将定向进化应用于 FAP 工程，最终形成了一组完全对映体和非对映体的自由基 CC 键形成酶。这使得 FAP 在天然光酶家族中具有非天然的 CC 键形成活性，为控制自由基介导的反应提供了可能性。总之，FAP 是杂合的，具有极高的可进化性，凸显了解决自由基化学和不对称催化领域长期存在的问题的巨大潜力。

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本文由金晔供稿。

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