近日，中国农业科学院植物保护研究所植物病害生物防治创新团队联合德国马普煤炭所、中国科学院等单位在国际知名期刊《美国化学会催化（ACS catalysis）》在线发表了题为“Biocatalytic Baeyer−Villiger Reactions: Uncovering the Source of Regioselectivity at Each Evolutionary Stage of a Mutant with Scrutiny of Fleeting Chiral Intermediates”的研究论文。该论文解析了微生物代谢途径中Baeyer-Villiger单加氧酶的区域选择性决定机制。

Baeyer-Villiger单加氧酶广泛参与微生物代谢产物和天然产物的合成与降解过程，通过酶定向改造获得性能优良的突变体可提高目标代谢产物的产量，或改变目标代谢产物的结构提升其活性，是创制微生物代谢产物农药的重要技术手段之一。本团队前期通过定向改造方法成功反转了Baeyer-Villiger单加氧酶TmCHMO对链式酮底物的区域选择性（ J. Am. Chem. Soc.  2018,  140 , 10464-10472），然而决定其区域选择性反转的调控机制尚不清楚。

本论文解析了Baeyer-Villiger单加氧酶TmCHMO对链式酮底物4-苯基-2-丁酮的区域选择性的控制机制。作者首先构建了最优突变体LGY3-D-E1中4个点突变的所有突变组合，并测定了这些突变体催化4-苯基-2-丁酮单加氧反应的区域选择性。随后，系统分析了不同突变位点之间的协同和拮抗作用，从中选取了一条有利的路径进行深入解析。通过研究该路径中突变体的晶体学，成功解析了单突变L437T的晶体结构。在此基础上，采用量子化学计算的方法对最优路径中的野生酶及四个突变酶的反应路径和选择性进行了计算模拟，通过对生成不同产物对应的过渡态结构进行分析，精确解析了区域选择性的反转机制。尤为值得关注的是，研究发现定向进化路径中的不同突变会影响Criegee过渡态中间体的立体构型，进而影响反应的区域选择性。该成果为Baeyer-Villiger单加氧酶的进一步改进和应用奠定了基础，推动了该酶在微生物代谢产物农药研究中的应用，具有重要的理论意义和应用价值。

中国农业科学院植物保护研究所董义杰博士后（已出站）为本论文的共同第一作者（排名第一），李广悦研究员为共同通讯作者。相关研究工作得到了中国农业科学院科技创新工程农科英才项目和国家自然科学基金项目的资助。

图1. 实验验证结合量子化学计算解析Baeyer-Villiger单加氧酶TmCHMO进化路径中区域选择性翻转的控制机制

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c00415