诺奖得主Nature Catalysis：改造酶催化，赋予新活力！

纳小二

2020-01-28

在大自然中，酶催化化学转化表现出惊人的能力，以使生物系统能够在复杂的环境中维持生存。大自然的酶既能实现光合作用，又能固氮，无论是水分解还是脂肪族碳组装，都是催化领域的佼佼者。然而，生物界的酶的功能并不是以人类需求而发展和精华，无法通过酶催化来合成化学家所期望的许多有价值化学品。这主要是因为：（1）人类期望的部分化学品对生物系统无用；（2）所需的试剂不存在或者不能稳定存在于大自然中；（3）所需的反应条件无法实现。

有鉴于此，诺贝尔化学奖得主Frances H. Arnold综述了如何从大自然的入手，来设计新的酶，以赋予其适用于人类合成化学所需要的新的催化活性。文章指出，为了将大自然的酶催化的强大能力嫁接到人类合成化学，以满足日益增长的能源和资源需求，化学家和生物学家已开始将人类发明的化学方法引入酶中，以期望赋予酶催化新的活性。然而，我们对酶如何在原子水平上起作用，序列如何在大分子设计中编码催化功能的理解有限，目前我们只需对酶进行改造，以使其与非天然试剂在新的环境中一起发挥作用，即可赋予酶新的催化活性。例如，通过引入不同的金属中心或在活性位点改变一些氨基酸；然后通过强大的分子生物学工具（例如定向进化）就可以调整和多样化这些新功能，从而将自然界生物合成机制的强大之处带入人工化学合成。

参考文献：

Kai Chen, Frances H. Arnold. Engineering new catalytic activities in enzymes. Nature Catalysis 2020.

DOI：10.1038/s41929-019-0385-5

https://www.nature.com/articles/s41929-019-0385-5