酯酶催化碳-碳成键反应的分子机制、理性改造及其应用研究

In recent years, hydrolase-catalyzed carbon-carbon bond forming reactions has become one of the most important hot topic in the field of biocatalysis as it greatly expand the application of enzymes in organic synthesis. As mechanism of carbon-carbon bond forming reactions is the nucleophlic addition of carbanion (generated by base-catalyzed deprotonation of active hydrogen containing carbonyl compound) to electrophile, this project plans to study the active site of esterase for the carbon-carbon bond forming reactions and the molecular mechanisms of esterase-catalyzed carbon-carbon bond forming reactions through comprehensive utilize the technologies and methods of bioinformatics, molecular biology and molecular simulation at first. On this basis, high activity and enantioselectivity esterase mutants are constructed and applied to asymmetric carbon-carbon forming reactions to synthesis a series of important chial compounds through the rational design strategies and enzyme computational design. This innovative project is not only helpful for clarify the mechanism of esterase-catalyzed carbon-carbon bond forming reactions, but also helpful for the enzymatic modification of enzyme catalytic promiscuity, and it will greatly extend the application of enzyme in organic synthesis.

水解酶催化碳-碳成键反应的研究是近年来生物催化领域中的热点，它对于拓展酶在有机合成中的应用具有重要意义。基于含活泼氢的羰基化合物在碱性催化剂作用下形成碳负离子，然后碳负离子亲核进攻亲电试剂，从而形成碳-碳键这一碳-碳成键反应的化学本质，本项目拟综合运用生物信息学、分子生物学和分子模拟等技术与方法，研究酯酶催化碳-碳成键反应的活性位点与分子机制。在此基础上通过基于结构的理性设计和酶计算设计，获取对碳-碳成键反应具有高催化活性和立体选择性的酯酶突变体，并将其应用于不对称碳-碳成键反应，合成重要的手性化合物。本项目不仅有助于阐明酯酶催化碳-碳成键反应的分子机制，也将为针对酶催化非天然反应而进行的分子改造提供有益的参考，对于促进酶在有机合成中的实际应用具有重要意义，具有很好的创新性。

酯酶催化碳-碳成键反应的研究是近年来生物催化领域中的热点，它对于拓展酶在有机合成中的应用具有重要意义。本项目主要研究酯酶催化碳-碳成键反应的分子机制与应用。本项目的研究结果表明，酯酶BioH催化Aldol反应这一碳-碳成键反应的分子机制与其表面的单个碱性氨基酸残基或脯氨酸残基关联度不大。在酯酶催化碳-碳成键反应的应用研究方面，本项目发现酯酶具有催化三组分反应合成多取代1,4-二氢吡啶化合物的活性；具有在机械球磨条件下催化三组分反应合成1,4-二氢吡啶类钙拮抗剂及其衍生物的活性；具有在机械球磨条件下催化合成4H-吡喃化合物的活性。本项目的研究对于促进酶在有机合成中的应用具有一定的意义。