【Nature杂志】酶定向进化与人工金属辅酶 = 烯烃复分解酶催化反应

发布时间:2016-9-13  浏览数:1208次

1、烯烃复分解

根据2016年8月29日《自然》(《Nature》)杂志报道,来自巴塞尔大学与苏黎世联邦理工大学的科学家,通过蛋白定向进化与人工金属辅酶的使用,创造了全新的人工金属酶,同时该酶可催化细胞内的烯烃复分解反应。根据作者表述:“据我们所知,我们的结果是首创了有关人工金属酶在全细胞使用并进行细胞内非生物性催化”。这可能是“在活细胞内创建的非自然代谢途径”的最好例子。




图1 烯烃复分解反应

图片来源酶赛生物


自上世纪50年代发展至今,金属催化的烯烃复分解反应已经发展成为标准的碳-碳键合成方法之一。其效率高且污染少,在化工业获得广泛应用。在2005年,诺贝尔化学奖颁给了3位在烯烃复分解反应研究方面做出突出贡献的化学家伊夫•肖万、罗伯特•格拉布和理查德•施罗克。然而,生物体内进行烯烃复分解反应是前所未闻的。


2、定向进化人工金属酶重要结果

根据这篇文章报道,作者合成人工辅酶(以钌为中心的催化剂分子衍生的生物素,Biot-Ru),再将此人工辅酶与链霉亲和素(Streptavidin,SAV)结合而形成了人工金属辅酶。这种方法依赖于链霉亲和素与生物素的高亲和力,间接把带有钌催化剂的生物素衍生物引入蛋白质。 通过周质蛋白表达以及外置的人工辅酶,作者成功在活细胞内实现有机金属酶的正常运作。


图2 人工金属酶在体内催化烯烃复反应示意图
图片来源

http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/carousel/nature19114-f1.jpg


作者比对了人工金属酶、未与蛋白结合的人工辅酶、商业金属催化剂,结果显示人工金属酶的催化效果最好。为了进一步提高金属酶的活性以及其对不同底物的结合,作者运用了酶定向进化技术,成功再提高了酶的活性。这显示蛋白结构对于钌催化剂的效果有显著的影响,而定向进化技术的运用可以提升并控制酶的活性以及对不同底物的专一性。

图3 bio-Ru-SAV优势突变体
图片来源

http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/carousel/nature19114-f2.jpg



 

这种人工金属基酶可以被设计和优化成不同的底物,从而产生各种不同的化学产品,而定向进化技术则是让人工金属酶达到产业化运用价值的重要手段。本文的人工金属酶深具潜力,可以通过细胞作为分子工厂,生产新的高附加值化学品。

3、酶赛技术优势

作为专业的酶催化企业以及酶定向进化技术的领导者,酶赛对于Markus et. al.的创意与结果拍案叫好。他们的创作显示了人工酶的创造可以开拓更多的可能性,且人工酶的催化效率比未与蛋白结合的单纯催化剂更高。从酶赛的专业角度来看,人工酶的定向进化具有良好前景。就如大自然千万年的进化一样,酶赛的定向进化平台技术可以让本文的人工酶的活性与选择性获得大幅提升,而达到产业化运用的水平。 宁波酶赛生物专注于酶进化技术,掌握了核心自主研发技术,处于国内领先水平,并且拥有丰富的酶改造和优化经验,有信心并且有能力让人工金属酶的潜力获得产业化的实现。

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文献来源:doi:10.1038/nature19114


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文中图2、3引用自《 Directed evolution of artificial metalloenzymes for in vivo metathesis 》,版权归Nature所有。  


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