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    中外学者合作在分子间Diels-Alder反应酶发现方面取得进展

    日期 2022-01-27   来源:化学科学部   作者:邢曦雯 张艳  【 】   【打印】   【关闭

    图. 酶催化立体选择性分子间Diels-Alder反应

      在国家自然科学基金项目(批准号:21625201、21961142010、91853202)等资助下,受到桑科植物中狄尔斯-阿尔德反应(Diels-Alder reaction,简称D-A反应)类型天然产物生物合成的启发,北京大学雷晓光课题组与美国加州大学洛杉矶分校化学系Ken N.Houk实验室合作,发现自然界中首例exo选择性的分子间D-A反应酶。该研究成果以“Enzymatic control of endo- and exo- stereoselective Diels-Alder reactions with broad substrate scope (底物普适的基于酶催化的endo- 和exo-立体选择性狄尔斯-阿尔德反应)”为题,于2021年12月10号发表在《自然·催化》(Nature Catalysis)期刊。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41929-021-00717-8

      传统的化学合成工艺存在效率低和污染等瓶颈问题。基于酶催化的生物合成工艺,具有过程绿色、选择性好等优势。因此,开发新的酶催化工具箱进而推动酶催化,在工业上更为广泛的应用,有助于实现化学品的生物绿色制造。

      D-A反应是共轭双烯(二烯体)与取代烯烃(亲二烯体)之间发生的[4+2]环加成反应,是合成化学中构建C-C键最常用的方法之一。虽然目前已有一些高立体选择性D-A反应酶的报道,但它们一般催化的是分子内D-A反应,且往往仅能产生单一的endo构型产物,而合成应用价值更高的exo选择性的分子间D-A反应酶非常少见,极大限制了D-A反应酶在化学合成中的应用。

      受到桑科植物中D-A类型天然产物生物合成的启发,研究团队在其前期D-A反应酶研究基础上,从白桑中进一步挖掘和鉴定到两类FAD依赖蛋白。其中一类FAD依赖蛋白(MaDA-1)具有与已知endo选择性D-A反应酶MaDA相同的功能,而另一类FAD依赖蛋白(MaDA-2和MaDA-3)催化了罕见的exo选择性的分子间D-A反应。研究团队证实了这类D-A反应酶具有良好的底物适用性以及立体选择性,对D-A产物的精准高效合成具有重要的价值(图)。此外,基于结构生物学,计算化学以及突变实验,他们还解析了不同选择性D-A反应酶的催化机制,证明了endo类型D-A反应酶主要是通过精氨酸443与亲二烯体形成氢键来促进D-A反应的发生;而exo类型D-A反应酶主要通过精氨酸294与亲二烯体间的cation-π相互作用来促进反应的发生。




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