1、烯烴復(fù)分解
根據(jù)2016年8月29日《自然》（《Nature》）雜志報道，來自巴塞爾大學(xué)與蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)的科學(xué)家，通過蛋白定向進(jìn)化與人工金屬輔酶的使用，創(chuàng)造了全新的人工金屬酶，同時該酶可催化細(xì)胞內(nèi)的烯烴復(fù)分解反應(yīng)。根據(jù)作者表述：“據(jù)我們所知，我們的結(jié)果是首創(chuàng)了有關(guān)人工金屬酶在全細(xì)胞使用并進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)非生物性催化”。這可能是“在活細(xì)胞內(nèi)創(chuàng)建的非自然代謝途徑”的最好例子。
圖1 烯烴復(fù)分解反應(yīng)
圖片來源酶賽生物
自上世紀(jì)50年代發(fā)展至今，金屬催化的烯烴復(fù)分解反應(yīng)已經(jīng)發(fā)展成為標(biāo)準(zhǔn)的碳-碳鍵合成方法之一。其效率高且污染少，在化工業(yè)獲得廣泛應(yīng)用。在2005年，諾貝爾化學(xué)獎頒給了3位在烯烴復(fù)分解反應(yīng)研究方面做出突出貢獻(xiàn)的化學(xué)家伊夫?肖萬、羅伯特?格拉布和理查德?施羅克。然而，生物體內(nèi)進(jìn)行烯烴復(fù)分解反應(yīng)是前所未聞的。
2、定向進(jìn)化人工金屬酶重要結(jié)果
根據(jù)這篇文章報道，作者合成人工輔酶（以釕為中心的催化劑分子衍生的生物素，Biot-Ru），再將此人工輔酶與鏈霉親和素(Streptavidin，SAV)結(jié)合而形成了人工金屬輔酶。這種方法依賴于鏈霉親和素與生物素的高親和力，間接把帶有釕催化劑的生物素衍生物引入蛋白質(zhì)。 通過周質(zhì)蛋白表達(dá)以及外置的人工輔酶，作者成功在活細(xì)胞內(nèi)實(shí)現(xiàn)有機(jī)金屬酶的正常運(yùn)作。
圖2 人工金屬酶在體內(nèi)催化烯烴復(fù)反應(yīng)示意圖
圖片來源
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/carousel/nature19114-f1.jpg
作者比對了人工金屬酶、未與蛋白結(jié)合的人工輔酶、商業(yè)金屬催化劑，結(jié)果顯示人工金屬酶的催化效果最好。為了進(jìn)一步提高金屬酶的活性以及其對不同底物的結(jié)合，作者運(yùn)用了酶定向進(jìn)化技術(shù)，成功再提高了酶的活性。這顯示蛋白結(jié)構(gòu)對于釕催化劑的效果有顯著的影響，而定向進(jìn)化技術(shù)的運(yùn)用可以提升并控制酶的活性以及對不同底物的專一性。
圖3 bio-Ru-SAV優(yōu)勢突變體
圖片來源
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/carousel/nature19114-f2.jpg
這種人工金屬基酶可以被設(shè)計(jì)和優(yōu)化成不同的底物，從而產(chǎn)生各種不同的化學(xué)產(chǎn)品，而定向進(jìn)化技術(shù)則是讓人工金屬酶達(dá)到產(chǎn)業(yè)化運(yùn)用價值的重要手段。本文的人工金屬酶深具潛力，可以通過細(xì)胞作為分子工廠，生產(chǎn)新的高附加值化學(xué)品。
3、酶賽技術(shù)優(yōu)勢
作為專業(yè)的酶催化企業(yè)以及酶定向進(jìn)化技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，酶賽對于Markus et. al.的創(chuàng)意與結(jié)果拍案叫好。他們的創(chuàng)作顯示了人工酶的創(chuàng)造可以開拓更多的可能性，且人工酶的催化效率比未與蛋白結(jié)合的單純催化劑更高。從酶賽的專業(yè)角度來看，人工酶的定向進(jìn)化具有良好前景。就如大自然千萬年的進(jìn)化一樣，酶賽的定向進(jìn)化平臺技術(shù)可以讓本文的人工酶的活性與選擇性獲得大幅提升，而達(dá)到產(chǎn)業(yè)化運(yùn)用的水平。 寧波酶賽生物專注于酶進(jìn)化技術(shù)，掌握了核心自主研發(fā)技術(shù)，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，并且擁有豐富的酶改造和優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)，有信心并且有能力讓人工金屬酶的潛力獲得產(chǎn)業(yè)化的實(shí)現(xiàn)。
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文獻(xiàn)來源：doi:10.1038/nature19114
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文中圖2、3引用自《 Directed evolution of artificial metalloenzymes for in vivo metathesis 》，版權(quán)歸Nature所有。
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