
2025年8月13日,生命過(guò)程小分子調(diào)控全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室廖蒼松/中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所張睿團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所盛翔團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了利用醛縮酶催化SN2取代反應(yīng)一步高效高選擇性合成復(fù)雜非天然氨基酸,相關(guān)研究以“Bimolecular Nucleophilic Substitution (SN2) Reaction Catalyzed by?L-Threonine Aldolase”為題發(fā)表于期刊Journal of the American Chemical Society上。
雙分子親核取代(SN2)反應(yīng)與羥醛縮合反應(yīng)是有機(jī)化學(xué)及生物化學(xué)合成中的核心反應(yīng)類型。然而,它們的反應(yīng)機(jī)制具有根本性的差異。自然界分別進(jìn)化出了專一的酶家族催化這兩類反應(yīng):即催化羥醛縮合的醛縮酶,以及催化SN2途徑的甲基轉(zhuǎn)移酶等類似酶。在此之前,尚未報(bào)道醛縮酶能夠催化SN2取代反應(yīng)。
該研究首次報(bào)道了重新利用L-蘇氨酸醛縮酶來(lái)催化SN2反應(yīng)。這一全新催化活性利用易得的鹵代α-羰基化合物,實(shí)現(xiàn)甘氨酸分子中sp3雜化Cα–H的不對(duì)稱烷基化反應(yīng)。通過(guò)機(jī)理研究與理論計(jì)算分析,該研究闡明了酶的活性位點(diǎn)如何精確調(diào)控底物的空間構(gòu)型,使其有利于形成SN2反應(yīng)過(guò)渡態(tài)。同時(shí)該研究進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了碘化物輔助的Finkelstein反應(yīng)策略,顯著提升反應(yīng)的轉(zhuǎn)化效率。該研究開(kāi)發(fā)的生物催化平臺(tái)為高效制備種類繁多的、具有高對(duì)映體純度的非天然α-氨基酸(29種實(shí)例)提供了途徑,最高收率可達(dá)95%,并實(shí)現(xiàn)了卓越的立體控制(e.r. > 99:1)。最終利用全細(xì)胞催化實(shí)現(xiàn)KMO抑制劑m-NBA和FCE2883A等生物活性分子的10克級(jí)高效制備。這一發(fā)現(xiàn)不僅拓展了醛縮酶的催化功能范圍,更突顯了醛縮酶催化的非天然反應(yīng)在不對(duì)稱合成中的應(yīng)用潛力。
上海藥物所和南京中醫(yī)藥大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生楊慧君和天津工業(yè)生物技術(shù)研究所李沁柔為本論文共同第一作者。上海藥物所廖蒼松研究員、張睿副研究員以及天津工生所盛翔研究員為本論文共同通訊作者。本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院基礎(chǔ)研究青年科學(xué)家計(jì)劃和中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的資助。
全文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c07660


(供稿部門:廖蒼松課題組)
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