铜替代铁中心定向进化非血红素酶实现不对称Conia-烯反应的高效催化

来自Burkholderia ambifaria的研究人员针对生物催化Lewis酸反应范围受限的问题，通过铜替代铁中心及定向进化改造非血红素羟化酶SadA，成功实现了不对称Conia-烯环化反应的高效催化。该研究开发了基于点击化学的高通量筛选平台，获得可立体选择性构建季碳中心（99% ee, 250 TTON）的酶变体，并揭示Cu(II)双活化酮酯与炔烃的机制，为拓展生物催化非生物反应提供了新范式。

　　

Lewis酸催化（Lewis acid catalysis）作为有机合成的利器，在生物催化领域却长期面临反应类型单一的桎梏。这项突破性研究将铜离子（Cu(II)）巧妙置换进非血红素铁羟化酶（non-haem iron hydroxylase）SadA的活性中心，通过定向进化（directed evolution）赋予其催化非生物Conia-烯环化（Conia-ene cyclization）的超能力。研究人员构建了基于荧光点击化学（fluorogenic click chemistry）的高通量筛选系统，最终获得的酶变体不仅能高效构建含立体季碳中心（stereogenic quaternary carbon）的环状产物（99%收率，250次周转数），更展现出惊人的立体选择性（99%对映体过量）。机制研究表明，铜离子同时激活酮酯（ketoester）和炔烃（alkyne）的双重活化机制是反应成功的关键。这项成果如同为生物催化剂装上“无机化学臂”，为拓展酶催化反应边界提供了全新思路。