季鵬飛研究員:碳酸酐酶的非天然催化反應

來源:浙江大學化學系 發布時間:2021-02-23   167


我系新引進人才季鵬飛研究員在博士后期間的工作在線發表于《自然·化學》雜志,研究方向為金屬酶的非天然催化反應。論文標題為Abiotic reduction of ketones with silanes catalysed by carbonic anhydrase through an enzymatic zinc hydride”Nature Chemistry, 2021, https://doi.org/10.1038/s41557-020-00633-7。

以金屬氫化物為活性中間體的過渡金屬催化反應,例如不對稱氫化、烯烴官能化、碳氫鍵活化等,在合成化學中意義重大。利用生物催化劑實現金屬氫化物類的催化反應對于拓寬生物催化的反應類型很有價值。但是氫負離子中間體在水中不穩定,容易被水質子化而分解產生氫氣,所以在酶催化的水相反應中十分罕見。蛋白質的疏水空腔有望穩定住這一活性中間體。該研究工作證明,以鋅為活性中心的金屬酶碳酸酐酶能夠以硅烷為反應底物,活化硅氫鍵形成氫化鋅中間體,再進一步插入羰基實現酮的不對稱還原反應,高效率制備手性醇化合物。該研究通過多個機理實驗以及計算化學模擬探究了該反應的機理,間接支持了硅烷與氫氧化鋅的陰離子交換過程,以及氫化鋅中間體的氫負離子插入反應。

該工作的另一個亮點在于探究了有機硅化合物的生物化學反應。硅元素在地殼中豐度極高,但是有機硅化合物在生命體系中非常罕見。探究含硅化合物與蛋白酶的相互作用有望推動含硅藥物的研發,甚至解答人類對“硅生命”概念長久以來的好奇心。這一工作證明硅烷這一非天然底物可以在酶催化反應過程中充當高效的還原劑,制備端位氫負離子。該工作為生物催化與分子催化的交叉領域提供了新的研究策略。

季鵬飛研究員為論文的第一作者,加州大學伯克利分校教授、沃爾夫獎得主John Hartwig為論文通訊作者,加州大學伯克利分校教授、蛋白質工程領域專家Douglas Clark為論文共同作者。

論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41557-020-00633-7


季鵬飛研究員的個人主頁和課題組主頁如下,歡迎有興趣加入到本科生、研究生、博士后積極聯系:

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