一个由瑞士苏黎世联邦理工学院Donald Hilvert和美国加州大学洛杉矶Gonzalo Jimenez-Oses课题组组成的合作小组，近日成功在从头设计的蛋白质模板中实现了非生物反应的高效Lewis酸催化。 该研究于2021年2月1日发表于《自然-化学》杂志。

在该文中，研究人员展示了设计和定向进化可以将非自然的、功能朴素的锌结合蛋白转化为非生物的hetero-DA反应的高活性催化剂。人工金属酶实现了每活性位点大于10⁴的转换数，并表现出对反应路径和产物立体化学的绝对控制，且展现出的催化效率(1/K_TS = 2.9 × 10¹⁰ M^-1)超过了所有已知的DA酶。

这些性质要归功于高效的Lewis酸催化作用，这是一种在实验室中常见的加速Diels-Alder反应的催化策略，但在自然界中尚不为人所知。将这种方法扩展到其他金属离子和其他从头设计的蛋白模板上可能会推动蛋白质设计领域向着令人兴奋的新方向发展。

研究人员表示，在此之前，新的酶催化剂一般是通过重新利用天然蛋白质的活性位点来设计的。

附：英文原文

Title: Efficient Lewis acid catalysis of an abiological reaction in a de novo protein scaffold

Author: Sophie Basler, Sabine Studer, Yike Zou, Takahiro Mori, Yusuke Ota, Anna Camus, H. Adrian Bunzel, Roger C. Helgeson, K. N. Houk, Gonzalo Jimnez-Oss, Donald Hilvert

Issue&Volume: 2021-02-01

Abstract: New enzyme catalysts are usually engineered by repurposing the active sites of natural proteins. Here we show that design and directed evolution can be used to transform a non-natural, functionally naive zinc-binding protein into a highly active catalyst for an abiological hetero-Diels–Alder reaction. The artificial metalloenzyme achieves >104 turnovers per active site, exerts absolute control over reaction pathway and product stereochemistry, and displays a catalytic proficiency (1/KTS=2.9×1010M1) that exceeds all previously characterized Diels–Alderases. These properties capitalize on effective Lewis acid catalysis, a chemical strategy for accelerating Diels–Alder reactions common in the laboratory but so far unknown in nature. Extension of this approach to other metal ions and other de novo scaffolds may propel the design field in exciting new directions.

DOI: 10.1038/s41557-020-00628-4

Source: https://www.nature.com/articles/s41557-020-00628-4