北大教授發文Nature子刊，靈感來源與桑科植物

　在國家自然科學基金項目（批準號：21625201、21961142010、91853202）等資助下，受到桑科植物中狄爾斯-阿爾德反應（Diels-Alder reaction，簡稱D-A反應）類型天然產物生物合成的啟發，北京大學雷曉光課題組與美國加州大學洛杉磯分校化學系Ken N.Houk實驗室合作，發現自然界中首例exo選擇性的分子間D-A反應酶。該研究成果以“Enzymatic control of endo- and exo- stereoselective Diels-Alder reactions with broad substrate scope （底物普適的基于酶催化的endo- 和exo-立體選擇性狄爾斯-阿爾德反應）”為題，于2021年12月10號發表在《自然?催化》（Nature Catalysis）期刊。

　　傳統的化學合成工藝存在效率低和污染等瓶頸問題。基于酶催化的生物合成工藝，具有過程綠色、選擇性好等優勢。因此，開發新的酶催化工具箱進而推動酶催化，在工業上更為廣泛的應用，有助于實現化學品的生物綠色制造。

　　D-A反應是共軛雙烯（二烯體）與取代烯烴（親二烯體）之間發生的[4+2]環加成反應，是合成化學中構建C-C鍵最常用的方法之一。雖然目前已有一些高立體選擇性D-A反應酶的報道，但它們一般催化的是分子內D-A反應，且往往僅能產生單一的endo構型產物，而合成應用價值更高的exo選擇性的分子間D-A反應酶非常少見，極大限制了D-A反應酶在化學合成中的應用。

　　受到桑科植物中D-A類型天然產物生物合成的啟發，研究團隊在其前期D-A反應酶研究基礎上，從白桑中進一步挖掘和鑒定到兩類FAD依賴蛋白。其中一類FAD依賴蛋白（MaDA-1）具有與已知endo選擇性D-A反應酶MaDA相同的功能，而另一類FAD依賴蛋白（MaDA-2和MaDA-3）催化了罕見的exo選擇性的分子間D-A反應。研究團隊證實了這類D-A反應酶具有良好的底物適用性以及立體選擇性，對D-A產物的精準高效合成具有重要的價值（圖）。此外，基于結構生物學，計算化學以及突變實驗，他們還解析了不同選擇性D-A反應酶的催化機制，證明了endo類型D-A反應酶主要是通過精氨酸443與親二烯體形成氫鍵來促進D-A反應的發生；而exo類型D-A反應酶主要通過精氨酸294與親二烯體間的cation-π相互作用來促進反應的發生。