胞内人工酶：大肠杆菌中催化不对称曼尼希反应
江南大学周志教授团队与厦门大学王斌举教授团队合作在Nature Communications发表研究，发展在大肠杆菌细胞质内通过二硫键快速组装人工酶的方法，利用定向进化优化后的人工酶在细胞内催化非天然不对称曼尼希反应，对映选择性最高90%以上。
设计人工酶来催化自然界没有的反应是生物催化领域的前沿方向。把非天然的催化辅因子装进蛋白质空腔里，就能创造出全新的催化活性。但活细胞内部环境复杂，各种亲核物质和氧化还原过程很容易干扰辅因子的稳定性和蛋白的正确折叠。
图1：胞内人工酶组装与催化策略
研究团队选用来自乳酸菌的LmrR蛋白作为支架，在第57位引入半胱氨酸残基。将表达该突变体蛋白的大肠杆菌细胞和含有二级胺结构的小分子催化辅因子放在一起孵育，辅因子穿过细胞膜进入细胞内部，与蛋白口袋中的半胱氨酸巯基形成二硫键。质谱分析确认，这种共价连接在短短10分钟内就能完成，而且不需要对细胞做任何特殊处理。
带有二级胺催化中心的人工酶被命名为AM_L57C_SA，它通过烯胺活化机制催化环己酮与环状亚胺之间的曼尼希反应。初始变体在胞内就给出了14%的对映选择性和46%的产率。通过四轮定向进化筛选，最优变体AM_57SA_5.0在体外反应中给出了96%的对映选择性、大于20:1的非对映选择性以及超过99%的产率。
图2：胞内人工酶催化的四大独特优势
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