Paul Scherrer 研究所 PSI 的研究人员首次精确表征了氧化苯乙烯异构酶，该酶可用于以环保方式生产有价值的化学品和药物前体。该研究发表在《自然化学》杂志上。
酶是强大的生物分子，可用于在环境条件下生产许多物质。它们实现了“绿色”化学，减少了合成化学过程中造成的环境污染。 PSI 研究人员现已详细描述了一种来自自然界的工具：氧化苯乙烯异构酶 。它是迈瓦尔德反应的生物版本，迈瓦尔德反应是有机化学中的重要化学反应。
“这种酶是几十年前发现的，是由细菌产生的，”PSI 生物分子研究实验室的理查德·卡默勒 (Richard Kammerer) 说。他的同事李晓丹补充道：“但由于其运作方式尚不清楚，迄今为止其实际应用还受到限制。”两位研究人员和他们的团队阐明了这种酶的结构及其工作方式。
复杂反应的简单机制
微生物拥有特定的酶，例如，它们可以利用这些酶分解有害物质并将其用作营养物质。氧化苯乙烯异构酶就是其中之一。它与其他两种酶一起，使某些环境细菌能够在碳氢化合物苯乙烯上生长。
氧化苯乙烯异构酶催化反应中一个非常特殊的步骤：它分裂氧化苯乙烯中由一个氧原子和两个碳原子组成的三元环，即所谓的环氧化物。因此，酶具有高度特异性，并且仅产生一种产物。它还能够转化许多其他物质，生产用于医疗应用的重要前体。
一个特殊的优点与以下事实有关：在许多化学反应中，会形成化合物的图像和镜像，这可能具有完全不同的生物效应。但这种酶只专门产生两种产物中的一种。在化学中，这种特性被称为立体特异性——它对于药物前体分子的生成特别重要。
“这种酶是一个令人印象深刻的例子，展示了大自然如何以简单而巧妙的方式使化学反应成为可能，”李说。
PSI 研究人员在瑞士光源 SLS 进行的部分研究过程中，发现了这种酶的秘密：其内部有一个含铁基团，类似于我们红细胞中的含铁色素。这个血红素基团与环氧化物环结合，这就是它使反应如此简单和高效的原因。
其他部分的研究是由同样来自 PSI 生物分子研究实验室、苏黎世联邦理工学院生物系副教授的 Volodymyr Korkhov 团队使用冷冻电子显微镜进行的。
Li 和 Kammerer 确信这种酶将在化学和制药工业中极其有用。 “它是迄今为止唯一已知的能够催化 Meinwald 反应的细菌酶，”Kammerer 强调。在酶的帮助下，工业可以在节能和环保的条件下生产药物和重要化学品的前体。
李补充道：“这种酶有可能被改变，从而产生大量新物质。”
此外，该酶非常稳定，适合大规模工业应用。
PSI 研究人员坚信： “它肯定会成为循环经济和绿色化学的一个新的重要工具。”
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