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(xué)黃小強(qiáng)課題組《Nature》：開辟不對(duì)稱電酶催化新賽道

2025年5月28日，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院特聘研究員黃小強(qiáng)作為唯一通訊作者在全球頂級(jí)科研期刊《Nature》發(fā)表了題為“Electricity-driven enzymatic dynamic kinetic oxidation”的研究論文。南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院2022級(jí)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(xué)為論文的第一完成單位。

南京大學(xué)黃小強(qiáng)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(shí)現(xiàn)醛到手性羧酸的動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)氧化新轉(zhuǎn)化。該成果開辟了“電驅(qū)動(dòng)酶催化”不對(duì)稱合成的新范式，為苯丙酸類藥物的不對(duì)稱生物合成提供了新途徑。

TOP小編注意到，這是南京大學(xué)2025年的第2篇N/S正刊論文（通訊+一作）。本文也是黃小強(qiáng)研究員兩年內(nèi)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(fā)展，不斷突破生物合成的邊界。另一方面，電化學(xué)合成作為化學(xué)合成領(lǐng)域快速發(fā)展的創(chuàng)新工具，具有廉價(jià)、電勢(shì)可控和可持續(xù)等多重優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前電化學(xué)合成與酶催化的結(jié)合主要集中在以下兩類（圖1）：通過電化學(xué)來實(shí)現(xiàn)酶的輔因子再生，繼而實(shí)現(xiàn)酶的天然反應(yīng)；電化學(xué)生成的中間體或底物參與后續(xù)酶催化天然轉(zhuǎn)化中（電化學(xué)/酶級(jí)聯(lián)）。然而，如何利用電化學(xué)驅(qū)動(dòng)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(jié)合現(xiàn)狀

黃小強(qiáng)自2021年開展獨(dú)立研究以來，通過酶學(xué)機(jī)制設(shè)計(jì)和蛋白定向進(jìn)化改造策略，成功開發(fā)了幾類新酶催化功能。在光酶催化領(lǐng)域，黃小強(qiáng)團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)焦磷酸硫胺素（ThDP）依賴的自由基?；D(zhuǎn)移酶（Nature 2024, 625, 74：；Nature 2025, 637, 1118：），突破了不對(duì)稱生物合成的邊界。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)在不對(duì)稱電酶催化領(lǐng)域取得新突破：融合二茂鐵甲醇介導(dǎo)的陽極氧化和ThDP依賴酶催化，解鎖了電酶催化的動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)氧化新體系（圖2）。團(tuán)隊(duì)開發(fā)的電酶協(xié)同催化策略，創(chuàng)新性地將2次單電子氧化機(jī)制引入酶中，結(jié)合定向進(jìn)化技術(shù)優(yōu)化蛋白的活性中心，最終成功賦予了ThDP依賴酶催化動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)氧化的新活性。該體系以清潔電能替代傳統(tǒng)化學(xué)氧化劑，可在較低酶負(fù)載量下（0.05 mol%），實(shí)現(xiàn)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(duì)映選擇性高達(dá)99% ee，并兼容全細(xì)胞催化與規(guī)?；苽?。

圖2.新型電酶不對(duì)稱催化體系的開發(fā)

研究團(tuán)隊(duì)選擇以外消旋2-([1,1'-聯(lián)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(zhì)，廉價(jià)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(jīng)過酶庫篩選、電極篩選、電介質(zhì)篩選等條件篩選之后確定了最佳反應(yīng)條件（圖3）。

圖3.條件篩選與規(guī)模化制備

該電酶催化體系展現(xiàn)出卓越的底物普適性與官能團(tuán)兼容性（圖4）。針對(duì)結(jié)構(gòu)多樣的外消旋

S

圖4.代表性底物譜

研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用濕實(shí)驗(yàn)、電子順磁共振（EPR，中科大/強(qiáng)磁場(chǎng)中心于璐教授團(tuán)隊(duì)完成）及計(jì)算模擬等手段，闡明了電化學(xué)驅(qū)動(dòng)下ThDP酶活性中心的催化機(jī)制及其立體選擇性的來源。

黃小強(qiáng)簡介

黃小強(qiáng)，1991年出生于福建， 南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 特聘研究員，博士生導(dǎo)師。入選國家青年人才項(xiàng)目（海外），科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃青年首席。2021年4月，加入南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)生物學(xué)學(xué)科、化學(xué)和生物醫(yī)藥創(chuàng)新研究院，任tenure-track PI。已在Nature, Nat. Catal., Nat. Commun., JACS, ACIE, Acc. Chem. Res.等期刊發(fā)表多篇論文。

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

編輯、審核：大可

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