【儀表網 研發快訊】中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心、安徽省高場磁共振成像重點實驗室田長麟團隊，聯合南京大學黃小強團隊與梁勇團隊，在光酶催化研究領域取得進展。針對合作團隊開發的焦磷酸硫胺素(ThDP)依賴酶和光催化協同的雙催化新體系，田長麟團隊依托穩態強磁場實驗裝置電子順磁共振(Electron Paramagnetic Resonance，EPR)，鑒定了催化反應中的自由基中間體及電子轉移機制。12月18日，相關研究成果在線發表在《自然》(Nature)上。
 

　　生物制造是變革工業可持續發展最有希望的綠色技術之一。然而，生物制造的“芯片”——酶，面臨催化機制理解相對有限等問題。
 

　　酶催化與光催化結合的光酶催化，融合了可見光化學多樣的反應性和酶的高選擇性，成為開發新酶功能最前沿的策略。該團隊綜合利用仿生和化學模擬的思路(圖1)，借助可見光激發和定向進化手段，改造焦磷酸硫胺素(ThDP)依賴酶，從而將ThDP依賴的苯甲醛裂解酶“重塑”為自由基酰基轉移酶(RAT)，實現了一例非天然的高對映選擇性的自由基-自由基偶聯反應。
 

　　針對這一光酶雙催化體系，該團隊綜合應用低溫電子順磁共振技術和理論化學計算等方式，對機理開展了研究。其中，研究通過低溫(80K)下的電子順磁共振實驗，捕獲到由ThDP所衍生的ketyl自由基(Int. B)。同時，控制實驗表明，PfBAL酶、光敏劑Eosin Y、底物1a、光照均是產生該自由基中間體必不可少的關鍵因素。此外，研究通過EPR自旋捕獲(spin trapping)實驗在標準反應體系中檢測到特征的六重裂分譜圖，證實其為中間體benzylic radical(Int. C)與捕獲劑加成后的自由基產物(圖2)。電子順磁共振實驗為證實該催化循環中兩種關鍵的自由基中間體(Int. B和Int. C)的存在提供了關鍵的直接實驗證據，揭示了新酶反應性的關鍵以及高立體化學選擇性的來源。
 

　　研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項(B類)、中國科學院青年創新促進會等的支持。
 

圖1. 融合化學與生物，開發新生物合成體系
 

圖2. 機理推測與基于EPR方法的機理探究