on style="white-space: normal; text-indent: 2em;">环丙烷环是许多天然产物和药物中常见的一种重要结构基序。通常，不对称合成环丙烷的生物催化方法依赖于重新改造或人工合成的血红素酶。近期，University of Groningen的Gerrit J. Poelarends组设计了一种不同寻常的非辅因子依赖的环丙烷化酶，该酶基于混杂互变异构酶4-草酰胆酸互变异构酶（4-OT）。在前期工作中，4-OT可以混杂地催化硝基甲烷对肉桂醛的对映选择性Michael加成反应，这涉及在酶的催化N-末端脯氨酸（Pro-1）和肉桂醛底物之间形成反应酶结合的亚胺离子中间体。随后，还进一步扩展了4-OT的催化范围，包括基于肉桂醛的过氧化氢加成的对映体互补环氧化反应。在本研究中，该研究团队探讨了4-OT的反应范围是否可以进一步扩大，包括2-{attr}3223{/attr}丙二酸二乙酯和肉桂醛之间的环丙烷化。
图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
首先，以4-OT突变体4-OT F50V作为催化剂研究不同卤代的2-卤代丙二酸二乙酯与肉桂醛的反应，因为4-OT F50V在前期工作中能有效地催化硝基甲烷与肉桂醛的Michael加成。结果显示，尽管2-氟丙二酸二乙酯与肉桂醛能有效发生Michael加成反应，但几乎不发生分子间环加成反应。2-溴丙二酸二乙酯却几乎没有任何转化。只有2-氯丙二酸二乙酯是4-OT催化环丙烷化反应较为合适的亲核试剂。
图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
有鉴于此，以2-氯丙二酸二乙酯和肉桂醛为底物，对不对称环丙烷化反应酶4-OT进行进一步工程化改造，结果显示，4-OT双突变体M45V/F50A相较于野生型比酶活提高了30倍。
图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
将筛选出来的有益突变体M45V/F50A用于2-氯丙二酸二乙酯和多种不同的α,β-不饱和醛环丙烷化反应，结果显示，4-OT M45V/F50A能促进两个新碳-碳键的形成，对两个立体中心具有良好的立体控制，可提供所需的非对映体和对映体纯度高的环丙烷（d.r.高达25:1；e.r.高达99:1）。
图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
总之，该项研究结果显示混杂酶在扩大非自然反应的生物催化范围方面的积极作用。
参考文献：Biocatalytic Asymmetric Cyclopropanations via Enzyme-Bound Iminium Ion Intermediates
Angew. Chem. Int. Ed.
DOI:10.1002/anie.202110719
原文作者：Andreas Kunzendorf, Guangcai Xu, Mohammad Saifuddin, Thangavelu Saravanan, and Gerrit J. Poelarends*
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