酶反应进化能够进行新自然

定向进化已经被用于创建一个酶,这种酶能够形成碳碳键的方式没有天然酶。团队,包括定向进化和先锋2018年诺贝尔化学奖得主弗朗西斯·阿诺德希望,这种策略可以用于有选择地functionalise碳氢键以更环保的方式不需要贵金属。

碳氢键活化被认为是最重要的一个分子合成的策略,因为它可以解锁一个广泛的有机分子,使药物和新材料。然而,有选择地functionalising碳氢键是一个复杂的挑战,通常是进行贵金属催化剂在有机溶剂在恶劣条件下。

现在,一群美国化学家使用酶的定向进化来创建一个突变的细胞色素P450酶的能力从sp构建碳碳键³碳氢键与高的活性和选择性。¹这些酶的战略指向,碳烯碳氢键插入,完全是未知的生物。这些突变体酶,通过婚姻的生物学和化学的直觉,让环保碳氢键functionalisation更近了一步。

有美妙的创造性工作的小分子催化,布局的功能金属化学,但是有选择性和反应的问题,我们希望一种酶能地址,”阿诺德说。

为了人为进化酶需要一个起点。团队最初筛选78变异包括细胞色素p450酶,细胞色素c和球蛋白同系物,其中两个显示承诺活动。

我们最初的目标更多的酶与血红素辅因子,因为我们意识到这种含有代数余子式铁会执行一些非天然的化学,“睿杰张加州理工学院第一作者解释道。我们选择了碳氢键functionalisation作为模型反应,因为它代表了未知的领域。”

天然产物合成

通过应用多个轮定向进化产生的突变体变异能够包含苄基的functionalise不同基质,烯丙基的或α-amino碳氢键的选择性和高营业额数字。最进化突变体可以合成一些天然产物如lyngbic酸,这是由海洋细菌。

这种酶的方法提供了一种更环保、更便宜的过程与更传统的rhodium-based催化剂的使用。此外,它可以访问互补产品以来,重氮的化合物作为碳烯来源是基于不同的片段与铑化学。这提供了一套全新的碳烯碎片,可以添加到分子,从而打开新的有机合成的机会。

托马斯·沃德瑞士巴塞尔大学的说,最令人印象深刻的部分本文是haemoproteins包含本国iron-haem代数余子式可以催化反应通常执行与贵金属催化剂。教授(约翰)Hartwig(加州大学伯克利分校)在2016年发表的两篇优秀论文^2、3让他代替铱haemoprotein中的铁离子的离子,从而使他的团队实现new-to-nature碳氢键functionalisation反应。弗朗西斯·阿诺德,在她最近出版,证明可以实现相同的化学与本机铁离子。

阿诺德说,司机的这个项目是工业应用。而不是依靠贵金属的开采造成了巨大的环境破坏,清洁和绿色biocatalytic系统将是一个更可持续的方式产生新的分子。鉴于大量的血红素蛋白质的性质,可以想象,各种不同的潜在催化剂可以通过先进的生物信息学和建模工具,发现”说Anca Pordea来自诺丁汉大学的,他并没有参与这项研究。“基因工程将允许他们的进化扩展卡插入到的范围,例如,使用α-functionalised碳烯,因此使用高贵的金属小分子催化剂。