手性杂环化合物是许多天然产物和合成药物的核心结构，与许多重要的生物活性和药用功能密切相关。酰胺酶是一种重要的水解酶，通过氨的释放催化伯酰胺转化为羧酸。在大量的酰胺酶和含有酰胺酶的微生物中，有些已被开发用于中手性或前手性二胺的不对称化催化。

尽管不对称生物催化具有一定的优点，酶的天然选择性通常只产生手性产物的一个对映体。然而，由于一对相反的对映体可以具有不同的生物活性和功能，并且在生物和医学应用中通常需要应用两种对映体，因此对于这一点来说，不对称生物催化具有局限性。

近期，中科院化学所报道了通过理性设计工程化酰胺酶，对内消旋O-杂环二甲酰胺化合物进行不对称生物催化，用于高效合成两种功能化环基序的对映体。

图片来源：ACS Catal.

该研究以酰胺酶结构为导向，在通过分子对接所提出的酶底物结合模型的基础上，通过理性设计对酰胺酶进行突变。

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通过理性设计出的10个突变体，便筛选出可实现酰胺酶对映选择性的反转和底物扩增。在温和条件下可快速高产率的获得产物的两个对映体，其ee值可达到99.5%。

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此外，该工程化生物催化剂具有广泛的底物混杂性，能以高效、优良的对映选择性扩展到N-杂环和碳环二甲酰胺。

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通过分子动力学模拟和量子力学/分子力学模拟，揭示了野生型和突变体酰胺酶的不对称催化机理，该催化是通过底物环骨架的嵌套对活性位点和结合位点之间的微妙合作进行的。

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参考文献：Reversal and Amplification of the Enantioselectivity of BiocatalyticDesymmetrization toward Meso Heterocyclic Dicarboxamides Enabled by RationalEngineering of Amidase

ACS Catal. 2021, 11, 6900−6907

原文作者：Yu-Fei Ao,* Hui-Juan Hu, Cheng-Xin Zhao, Peng Chen, Tingting Huang,Hui Chen,* Qi-Qiang Wang, De-Xian Wang, and Mei-Xiang Wang