用进化酶制备的多种药物积木

一组工程酶可以选择性地氧化一系列环胺，形成高价值的药物基石。该团队使用分子动力学研究来指导酶的进化过程，并将这一策略整合到简单的药物合成中。

环胺是许多药物化合物中有价值的基序，约60%的小分子药物中都含有环胺。因此，对功能化胺的需求巨大，但C-H键的惰性使得这些碎片的制备特别具有挑战性。“在这些分子中没有任何其他官能团，所有的化学反应都发生在氮原子或相邻的C-H键上，”解释说杰里米·罗伯逊他是英国牛津大学的有机合成化学家。我们通常无法用化学试剂进入其他位置。

为了解决合成工具包中的这一空白，罗伯逊和生物无机化学家Luet黄同样在牛津大学，他开发了一个进化细胞色素P450酶库，能够在任何位置选择性地使环胺功能化。这种含铁酶的超家族能够将羟基与分子氧结合在C-H键上，并使用复杂的折叠蛋白包围活性铁中心并定位反应底物。精心的生物工程可以改变这个活性位点的形状，迫使底物进入不同的位置，从而形成不同的产物。

研究小组针对一组突变的P450酶筛选了各种环胺，并使用分子动力学模拟了底物在活性位点内的结合。Wong解释说:“我们想了解在将基板保持在一个特定的方向上涉及到什么相互作用。”“然后我们试着剔除其他可能导致不需要的产品的方向。在这些计算的指导下，研究小组引入了可以阻止无效反应的突变，使他们能够系统地调整单个酶的性能。“经过几次迭代，我们可以得到一些真正惊人的变化，并针对单一理想的化合物，”Wong评论道。最后一组48种酶成功地氧化了四种不同环胺中所有具有挑战性的C-H键，创建了一个高价值的药物构建单元库。

“这是P450酶作为有机和药物化学可持续催化剂的定向进化的重要一步，”他说曼弗雷德Reetz她是德国马克斯·普朗克煤炭研究所的生物催化研究员。“他们在非活性炭位置实现了选择性羟基化，效果非常好。”

利用这种酶面板，Robertson和Wong随后将这种策略应用于真正的药物合成，并在简化的六步过程中制备了循环药物山莨菪碱。Reetz说:“这是有机和酶组共同努力的一个很好的例子。”“它有助于酶在化学领域的普及。”

该团队目前正在研究其他小分子底物，并改善现有片段库的功能基团多样性。但Robertson和Wong都渴望将P450酶作为合成的通用工具。罗伯逊说:“最终，我们希望能够真正将这种化学成分嵌入到合成策略中。”“我们希望人们在进行反合成分离时能自动考虑到这些反应。”