久久精品酒店无码视频_g∨天堂在线观看免费_av之高清在线_午夜福利资源片在线

藥物中間體、農(nóng)藥和精細(xì)化學(xué)品在國(guó)計(jì)民生中占據(jù)重要地位。傳統(tǒng)的化學(xué)合成工藝存在效率低和污染嚴(yán)重等瓶頸問(wèn)題；基于酶催化的生物合成工藝，具有過(guò)程綠色、選擇性好等優(yōu)勢(shì)，目前特別在創(chuàng)新藥物工業(yè)化生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，目前酶催化反應(yīng)的工具箱還非常有限，能夠催化新穎化學(xué)轉(zhuǎn)化的酶亟待被發(fā)現(xiàn)，從而推動(dòng)酶催化在工業(yè)上更為廣泛的應(yīng)用，有助于實(shí)現(xiàn)化學(xué)品的“碳中和”生物綠色制造。

狄爾斯-阿爾德反應(yīng)（Diels-Alder reaction，簡(jiǎn)稱D-A反應(yīng)）是共軛雙烯（二烯體）與取代烯烴（親二烯體）之間發(fā)生的[4+2]環(huán)加成反應(yīng)，是合成化學(xué)中構(gòu)建C-C鍵最常用的方法之一，已經(jīng)在天然產(chǎn)物全合成，藥物分子工業(yè)化生產(chǎn)以及材料化學(xué)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。2021年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予的有機(jī)小分子催化所應(yīng)用的第一個(gè)實(shí)例即為不對(duì)稱D-A反應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)某一個(gè)非對(duì)映異構(gòu)體的高效合成，D-A反應(yīng)過(guò)程中的區(qū)域、endo/exo以及對(duì)映立體選擇性必須得到精準(zhǔn)控制（圖1a）。傳統(tǒng)化學(xué)催化的D-A反應(yīng)存在著立體選擇性差，合成效率低等問(wèn)題，因此從自然界中挖掘和利用立體專一性的D-A反應(yīng)酶受到了化學(xué)家們的廣泛關(guān)注和研究 (Jeon, B. S., Wang, S.-A., Ruszczycky, M. W., Liu, H. W. Natural [4+2]-cyclases. Chem. Rev. 2017, 117, 5367)。雖然目前已有一些高立體選擇性D-A反應(yīng)酶的報(bào)道，但它們一般催化的是分子內(nèi)D-A反應(yīng)，且往往僅能產(chǎn)生單一的endo構(gòu)型產(chǎn)物，而合成應(yīng)用價(jià)值更高的exo選擇性的分子間D-A反應(yīng)酶非常少見(jiàn)，極大限制了D-A反應(yīng)酶在化學(xué)合成中的應(yīng)用。

?

2021年12月10日，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心雷曉光實(shí)驗(yàn)室與美國(guó)UCLA化學(xué)系Ken N.Houk實(shí)驗(yàn)室合作，在Nature Catalysis雜志在線發(fā)表了題為“Enzymatic control of endo- and exo-stereoselective Diels-Alder reactions with broad substrate scope”的研究論文，報(bào)道了自然界中催化不同endo/exo選擇性Diels-Alder反應(yīng)的酶，利用這兩類酶實(shí)現(xiàn)了一些列D-A產(chǎn)物的高效精準(zhǔn)合成，并解析了這兩類不同endo/exo選擇性D-A反應(yīng)酶的催化機(jī)制，為后續(xù)D-A反應(yīng)酶的開(kāi)發(fā)和在藥物合成上的工業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。?

受到?？浦参镏?/span>D-A類型天然產(chǎn)物生物合成的啟發(fā)，作者從白桑中挖掘和鑒定到兩類FAD依賴蛋白，其中一類FAD依賴蛋白（MaDA-1）具有與已知endo選擇性D-A反應(yīng)酶MaDA相同的功能,而另一類FAD依賴蛋白（MaDA-2和MaDA-3）催化了罕見(jiàn)的exo選擇性的分子間D-A反應(yīng)。作者還系統(tǒng)性探索了這兩種選擇性分子間D-A反應(yīng)酶的底物適用范圍，并利用它們實(shí)現(xiàn)了一系列天然和非天然D-A產(chǎn)物的高效精準(zhǔn)合成，如圖1所示。

圖1 D-A產(chǎn)物的高效精準(zhǔn)酶法合成

?

作者還成功解析了exo選擇性D-A反應(yīng)酶MaDA-3的晶體結(jié)構(gòu)，并結(jié)合計(jì)算模擬以及突變實(shí)驗(yàn)解析了這兩類D-A反應(yīng)酶具有不同endo/exo選擇性的機(jī)制。作者發(fā)現(xiàn)endo選擇性D-A反應(yīng)酶MaDA可以穩(wěn)定結(jié)合endo過(guò)渡態(tài)而不能穩(wěn)定結(jié)合exo過(guò)渡態(tài)（圖2c）;而exo選擇性D-A反應(yīng)酶可以穩(wěn)定結(jié)合exo過(guò)渡態(tài)而不能結(jié)合endo過(guò)渡態(tài)（圖2f）。當(dāng)endo過(guò)渡態(tài)與MaDA結(jié)合時(shí)，R443可以與親二烯體形成較強(qiáng)氫鍵相互作用，從而促進(jìn)了反應(yīng)的發(fā)生（圖2a）;而在MaDA-3中R294可以與親二烯體形成較強(qiáng)的cation-?相互作用，從而促進(jìn)了反應(yīng)的發(fā)生（圖2d）。

圖2 不同endo/exo選擇性D-A反應(yīng)酶的機(jī)制研究

?

綜上所述，北京大學(xué)雷曉光課題組與UCLA的K. N. Houk課題組合作報(bào)道了兩種不同功能的FAD依賴蛋白，它們催化了不同endo/exo選擇性D-A反應(yīng)，的發(fā)生，并證實(shí)了這類D-A反應(yīng)酶具有良好的底物適用性以及立體選擇性，在D-A產(chǎn)物的精準(zhǔn)高效合成上具有重要的價(jià)值。此外，基于結(jié)構(gòu)生物學(xué)，計(jì)算化學(xué)以及突變實(shí)驗(yàn)，他們還解析了不同選擇性D-A反應(yīng)酶的催化機(jī)制，證明了endo類型D-A反應(yīng)酶主要是通過(guò)R443與親二烯體形成氫鍵來(lái)促進(jìn)D-A反應(yīng)的發(fā)生；而exo類型D-A反應(yīng)酶主要通過(guò)R294與親二烯體形成cation-?相互作用來(lái)促進(jìn)反應(yīng)的發(fā)生。

在該工作中，雷曉光課題組特聘副研究員高磊博士，K. N. Houk課題組博士后鄒一可博士，雷曉光課題組博士后劉小晶博士和博士研究生楊軍為共同第一作者。雷曉光教授以及加州大學(xué)洛杉磯分校的K. N. Houk教授為共同通訊作者。雷曉光課題組特聘副研究員范俊萍博士以及博士后杜曉霞博士在晶體結(jié)構(gòu)解析方面做出了重要貢獻(xiàn)。雷曉光課題組的博士研究生王進(jìn)、于欣水也在底物合成以及基因擴(kuò)增方面提供了幫助。K. N. Houk課題組的Jiang Mingxuan以及Li Yuli也在DFT calculation上提供了幫助。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金，國(guó)家科技部重點(diǎn)研究發(fā)展計(jì)劃，北京市“卓越青年科學(xué)家計(jì)劃”，北京分子科學(xué)國(guó)家研究中心，北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心等多個(gè)國(guó)家重大科研項(xiàng)目和研究機(jī)構(gòu)的資助。同時(shí)也特別感謝瑞士諾華制藥公司對(duì)雷曉光課題組酶催化研究的資助與深入科研合作。

?