酶催化動力學拆分研究獲進展

過氧骨架存在于天然產物和藥物分子中。過氧骨架主要含有O-O鍵的結構單元，可賦予分子特殊的化學性質和生物活性。有研究發現含過氧骨架的化合物（青蒿素、蒿甲醚和鷹爪素C等）具有出色的抗腫瘤、抗菌和抗癌等活性。手性的有機過氧化物是頗具價值的合成中間體。因此，在不對稱合成領域，手性的有機過氧化物的合成方法學開發備受關注。傳統化學方法由于手性識別和控制難、以及過氧化物穩定性差等原因，較難獲得手性純的有機過氧化物。相比之下，生物催化在不對稱合成手性有機過氧化物方面具有化學、區域和立體選擇性等優勢。然而，目前可用于催化合成有機過氧化物的酶催化劑種類頗少，限制了酶催化合成有機過氧化物的發展與應用。

近日，中國科學院天津工業生物技術研究所研究員張武元帶領的生物有機與催化工程研究團隊，以真菌來源的非特異性過氧合酶為催化劑，建立了有機過氧化物的動力學拆分催化體系，實現了手性有機過氧化物產物的富集。該研究在過氧合酶新催化路徑的挖掘方面取得了進展。目前，已有研究聚焦開發過氧合酶催化氧化反應如羥化、環氧化及雜原子氧化等。該團隊開發了過氧合酶催化的還原反應，建立了新型的動力學拆分方法，拓展了當前過氧合酶僅限于氧化反應的范疇，實現了光學純有機過氧化物的高效合成。在這一反應體系中，過氧合酶的催化周轉數最高可達100000，對應的周轉頻率可達55.6 s^-1，手性選擇性>99%。此外，該團隊針對野生型過氧合酶催化動力學拆分只可得到S-構型有機過氧化物的局限性，通過進一步研究以蛋白質工程手段獲得的酶突變體，實現了催化有機過氧化物立體選擇性的反轉即R-構型的有機過氧化物產物的合成。

相關研究成果發表在《德國應用化學》上。研究工作得到國家自然科學基金和天津市合成生物技術創新能力提升行動專項的支持。該工作由天津工生所和西安交通大學合作完成。

論文鏈接

過氧合酶催化動力學拆分還原反應用于合成對映體純有機過氧化物