南大2025年Nature/Science正刊論文如下

南大2024年Nature/Science正刊論文如下

南京大學黃小強課題組《Nature》：開辟不對稱電酶催化新賽道

2025年5月28日，南京大學化學化工學院特聘研究員黃小強作為唯一通訊作者在全球頂級科研期刊《Nature》發表了題為“Electricity-driven enzymatic dynamic kinetic oxidation”的研究論文。南京大學化學化工學院2022級博士研究生趙貝貝和許園園為論文的共同第一作者。南京大學為論文的第一完成單位。

南京大學黃小強課題組，通過融合電催化和酶催化，成功解鎖了ThDP依賴酶的新催化功能，實現醛到手性羧酸的動態動力學氧化新轉化。該成果開辟了“電驅動酶催化”不對稱合成的新范式，為苯丙酸類藥物的不對稱生物合成提供了新途徑。

TOP小編注意到，這是南京大學2025年的第2篇N/S正刊論文（通訊+一作）。本文也是黃小強研究員兩年內第3篇N/S正刊論文。

近年來，人工酶和光酶催化等策略的發展，不斷突破生物合成的邊界。另一方面，電化學合成作為化學合成領域快速發展的創新工具，具有廉價、電勢可控和可持續等多重優勢。當前電化學合成與酶催化的結合主要集中在以下兩類（圖1）：通過電化學來實現酶的輔因子再生，繼而實現酶的天然反應；電化學生成的中間體或底物參與后續酶催化天然轉化中（電化學/酶級聯）。然而，如何利用電化學驅動酶催化，去解鎖非天然的新催化模式，仍待突破。

圖1.電催化與酶催化結合現狀

黃小強自2021年開展獨立研究以來，通過酶學機制設計和蛋白定向進化改造策略，成功開發了幾類新酶催化功能。在光酶催化領域，黃小強團隊首創焦磷酸硫胺素（ThDP）依賴的自由基?；D移酶（Nature 2024, 625, 74：；Nature 2025, 637, 1118：），突破了不對稱生物合成的邊界。在此基礎上，團隊在不對稱電酶催化領域取得新突破：融合二茂鐵甲醇介導的陽極氧化和ThDP依賴酶催化，解鎖了電酶催化的動態動力學氧化新體系（圖2）。團隊開發的電酶協同催化策略，創新性地將2次單電子氧化機制引入酶中，結合定向進化技術優化蛋白的活性中心，最終成功賦予了ThDP依賴酶催化動態動力學氧化的新活性。該體系以清潔電能替代傳統化學氧化劑，可在較低酶負載量下（0.05 mol%），實現布洛芬、萘普生等十種(S)-芳基丙酸類抗炎藥物的高效合成，對映選擇性高達99% ee，并兼容全細胞催化與規?；苽?。

圖2.新型電酶不對稱催化體系的開發

研究團隊選擇以外消旋2-([1,1'-聯苯]-4-基)丙醛為模板底物，含有ThDP和Mg2+的MOPS（pH=6.5）為緩沖液，二茂鐵甲醇（FcMeOH）為電介質，廉價易得的石墨電極為陰陽極，探索電酶的立體選擇性氧化過程。在經過酶庫篩選、電極篩選、電介質篩選等條件篩選之后確定了最佳反應條件（圖3）。

圖3.條件篩選與規模化制備

該電酶催化體系展現出卓越的底物普適性與官能團兼容性（圖4）。針對結構多樣的外消旋

S

圖4.代表性底物譜

研究團隊運用濕實驗、電子順磁共振（EPR，中科大/強磁場中心于璐教授團隊完成）及計算模擬等手段，闡明了電化學驅動下ThDP酶活性中心的催化機制及其立體選擇性的來源。

黃小強簡介

黃小強，1991年出生于福建， 南京大學化學化工學院 特聘研究員，博士生導師。入選國家青年人才項目（海外），科技部重點研發計劃青年首席。2021年4月，加入南京大學化學化工學院化學生物學學科、化學和生物醫藥創新研究院，任tenure-track PI。已在Nature, Nat. Catal., Nat. Commun., JACS, ACIE, Acc. Chem. Res.等期刊發表多篇論文。

2009-2015年在北京大學藥學院完成本碩連讀（導師：焦寧教授），2019年于德國馬爾堡大學獲得博士學位（導師：Eric Meggers），2019到2021年在美國伊利諾伊大學香檳分校從事博士后研究（合作導師：Huimin Zhao）。

編輯、審核：大可

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