调控底物通道内构象翻转提升催化效率

本报讯（见习记者江庆龄）华东理工大学教授许建和、郁惠蕾团队联合上海交通大学教授赵一雷团队，提出通过调控底物通道内构象翻转提升催化效率的工程范式，并通过计算模拟定量揭示了突变降低翻转能垒的机制，为理性设计高效生物催化剂提供了新思路。相关研究成果日前发表于《德国应用化学》。

手性氰醇是合成β2-肾上腺素受体激动剂药物的关键前体。来自欧洲李种子的羟腈裂解酶（PcHNL5）虽能催化合成手性氰醇，但其对底物的催化效率极低。研究团队前期通过构建PcHNL5L331A突变，拓宽了PcHNL5的底物通道，但催化效率相比天然底物仍有较大差距。

在此基础上，研究团队运用X射线晶体学与分子动力学模拟，在PcHNL5L331A突变体中发现了一种“倒置”的非生产性底物结合状态。在该状态下，底物醛基无法与催化中心正确结合，进而阻碍反应进行。机制研究表明，高效的催化循环依赖于底物从“非生产性”向“生产性”结合状态的构象翻转。

团队获得三重突变体PcHNL5L331A/S333V/P340L，其中S333V突变直接消除了稳定非生产性构象的氢键，P340L突变间接增强了关键残基Phe72构象的柔性，从而共同促进了底物向生产构象的高效翻转。在双相反应体系中，突变体催化转换数高达3.6万次，并保持大于99%的对映选择性。目前，该方法已成功应用于克级规模合成高光学纯度的药物中间体。

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202515778