近日，我校生命科学与健康工程学院周志教授课题组在新型人工酶设计与创制方面取得了重要进展，研究成果“Design and Evolution of an Enzyme for the Asymmetric Michael Addition of Cyclic Ketones to Nitroolefins by Enamine Catalysis”正式发表于国际化学顶刊《Angewandte Chemie International Edition》（IF=16.1）。论文第一作者为江南大学生命科学与健康工程学院22级博士研究生朱致熹，通讯作者为江南大学生命科学与健康工程学院周志教授。
酶促反应因其反应温和性，催化高效，手性控制优良而广受关注。尽管研究人员已经通过天然酶的修饰，定向进化等有效的方法开发工程化的酶用以扩大酶的应用，但与合成化学中丰富多样的合成方法相比，能广泛应用于多种反应的天然酶仍然较少。绿色生物制造的核心是生物酶催化剂，然而天然酶的结构仅由20种天然氨基酸构成，这一有限的组成在很大程度上制约了其催化反应的类型与效率，从而限制了生物合成过程的多样性和可行性。面对这一挑战，创制具有新型功能的生物酶成为推动绿色生物制造技术进步的关键。
江南大学周志教授课题组长期致力于新型人工酶创制与催化研究，前期发展了基于非天然氨基酸的新型人工酶创制研究，开发了首例人工酶的协同催化体系（Nat. Catal.2020, 3, 289），以及人工酶与天然酶的细胞内级联（Angew. Chem. Int. Ed.2023,e202214191）。近期该课题组在Angewandte Chemie上发表文章报道了人工酶的最新研究进展(Angew. Chem. Int. Ed.2024, e202404312)。该研究报道了一种通过化学偶联法引入吡咯烷基团作为催化中心的新型人工酶的设计与创制。此种新设计人工酶的可通过烯胺催化模式活化酮类分子底物，高效催化环状酮类分子与硝基烯烃的不对称Michael加成反应，合成具有两个手性中心的γ-硝基环酮产物。
通过酶的理性设计和定向进化，优势人工酶突变体LmrR_L57C_N88A_THP展现出出色的催化效率与立体选择性，展开酶催化底物谱考察，发现进化变体对六元环状酮与各类取代芳基、杂环的硝基烯烃均显示出良好的耐受性，底物谱可拓展性强。酶促动力学研究显示进化变体kcat/KM约为野生型L57C_THP的3.7倍，TTN约为野生型4倍。半制备级别实验中，该人工酶同样可以实现较好的手性控制与产率，体现了一定的应用前景。这项工作不仅为环酮分子的不对称官能团化提供了一种高效的生物催化策略，并且展示了人工酶在发展不对称非天然生物转化应用中的重要潜力。
上述研究中江南大学是唯一通讯作者单位，工作得到了江南大学启动经费、科技部重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等项目的支持。
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202404312
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