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【化学前沿看点】酶发现进入新时代


酶在化学研究和化工领域扮演重要角色。2017年,基于酶的前沿研究爆发。一方面,科学家对酶进行模拟合成和修饰,另一方面,大量新型酶被发现。这些酶在生物催化和合成生物学等领域被广泛应用。2017年的进展包括改进的烯烃氧化、脂肪酸脱羧和芳烃烷基化。搜索显示,《C&EN》 2017年大约有200篇文章报道了酶,每期大约四篇文章,其中有许多是关于前沿发现。哈佛大学的Emily P. Balskus认为:“我们正在进入发现酶的新时代。要增加生物催化及合成生物学涉及到的分子类型,需要不断发掘新的酶。”

《C&EN》评选的2017年关于酶最为瞩目的研究有:

① 哈佛大学Balskus研究小组精心研究了蓝藻用来合成芳香天然产物cylindrocyclophanes的酶Balskus及其合作者发现的一种酶CylK,用来自烷基卤的烷基装饰芳香环。另一种酶CylC有助于生成需要进行CylK反应的烷基氯化物。

② 加州理工学院的弗朗西斯·H·阿诺德(Frances H. Arnold)和同事们采用了一种叫作定向进化的技术,来开发一种效果更好的反马尔科夫尼科夫酶。定向进化是一种迭代的蛋白质突变和筛选过程,赋予酶本身所没有的能力。阿诺德的研究小组确定了12个氨基酸取代(红色圆圈),将一种名为P450LA1的常规烯烃氧化酶转化为主要为立体选择性的反马尔科夫尼科夫催化剂,促使催化效率提升几百倍。

③ 由法国替代能源和原子能委员会的弗雷德·贝松(Fred Beisson)领导的一个小组发现,微藻拥有一种不寻常的酶,能利用光将脂肪酸脱羧转化为烷烃或烯烃。研究人员研究了合成碳氢化合物的微藻、但这些微藻没有通常执行该任务的酶的基因。通过纯化来自微藻的酶,他们鉴定了脂肪酸光脱羧酶。这种具有前所未有活性的酶可将脂肪酸转化成14-18碳烷烃或烯烃。


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