1、烯烴復分解
根據2016年8月29日《自然》（《Nature》）雜志報道，來(lái)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(guò)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(shí)該酶可催化細胞內的烯烴復分解反應。根據作者表述：“據我們所知，我們的結果是首創(chuàng )了有關(guān)人工金屬酶在全細胞使用并進(jìn)行細胞內非生物性催化”。這可能是“在活細胞內創(chuàng )建的非自然代謝途徑”的最好例子。
圖1 烯烴復分解反應
圖片來(lái)源酶賽生物
自上世紀50年代發(fā)展至今，金屬催化的烯烴復分解反應已經(jīng)發(fā)展成為標準的碳-碳鍵合成方法之一。其效率高且污染少，在化工業(yè)獲得廣泛應用。在2005年，諾貝爾化學(xué)獎頒給了3位在烯烴復分解反應研究方面做出突出貢獻的化學(xué)家伊夫?肖萬(wàn)、羅伯特?格拉布和理查德?施羅克。然而，生物體內進(jìn)行烯烴復分解反應是前所未聞的。
2、定向進(jìn)化人工金屬酶重要結果
根據這篇文章報道，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)結合而形成了人工金屬輔酶。這種方法依賴(lài)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(guò)周質(zhì)蛋白表達以及外置的人工輔酶，作者成功在活細胞內實(shí)現有機金屬酶的正常運作。
圖2 人工金屬酶在體內催化烯烴復反應示意圖
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http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/carousel/nature19114-f1.jpg
作者比對了人工金屬酶、未與蛋白結合的人工輔酶、商業(yè)金屬催化劑，結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合，作者運用了酶定向進(jìn)化技術(shù)，成功再提高了酶的活性。這顯示蛋白結構對于釕催化劑的效果有顯著(zhù)的影響，而定向進(jìn)化技術(shù)的運用可以提升并控制酶的活性以及對不同底物的專(zhuān)一性。
圖3 bio-Ru-SAV優(yōu)勢突變體
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http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/carousel/nature19114-f2.jpg
這種人工金屬基酶可以被設計和優(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到產(chǎn)業(yè)化運用價(jià)值的重要手段。本文的人工金屬酶深具潛力，可以通過(guò)細胞作為分子工廠(chǎng)，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(zhuān)業(yè)的酶催化企業(yè)以及酶定向進(jìn)化技術(shù)的領(lǐng)導者，酶賽對于Markus et. al.的創(chuàng )意與結果拍案叫好。他們的創(chuàng )作顯示了人工酶的創(chuàng )造可以開(kāi)拓更多的可能性，且人工酶的催化效率比未與蛋白結合的單純催化劑更高。從酶賽的專(zhuān)業(yè)角度來(lái)看，人工酶的定向進(jìn)化具有良好前景。就如大自然千萬(wàn)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，而達到產(chǎn)業(yè)化運用的水平。 寧波酶賽生物專(zhuān)注于酶進(jìn)化技術(shù)，掌握了核心自主研發(fā)技術(shù)，處于國內領(lǐng)先水平，并且擁有豐富的酶改造和優(yōu)化經(jīng)驗，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。
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文獻來(lái)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 》，版權歸Nature所有。
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