近日，中国科学院上海药物研究所研究团队，利用多功能Ⅰ型醛缩酶，催化环丙烷的立体选择性从头合成。环丙烷是天然产物和药物分子中广泛存在的结构单元。目前，有机合成与酶法构建环丙烷骨架的策略主要依赖烯烃转化，而利用单一催化剂从头构建环丙烷三根碳—碳键的方法尚无报道。生物催化凭借高效的催化活性、优异的化学选择性与立体选择性，已成为有机合成的重要工具。其中，多功能酶可在单一活性位点内，特异性催化两种或两种以上不同机理的反应，最终将底物转化为产物。研究发现，使用多功能酶可有效简化酶的定向进化过程，使酶级联反应更加高效，降低酶的开发和制造成本，加速生物催化在有机合成中的广泛应用。研究团队通过对I型丙酮酸醛缩酶NahE的功能重构和定向进化，将醛缩酶NahE改造为可催化aldol、脱水、Michael加成及分子内SN2取代反应的多功能生物催化剂，实现了环丙烷骨架的不对称从头合成。同时，研究获得的突变体可兼容多种芳香醛和脂肪醛类底物，并以优异的对映选择性（>99% ee）和非对映选择性（>20:1 dr）高效获得目标产物。该研究展示了I型醛缩酶作为多功能酶的催化潜力，拓宽了其在不对称合成中的应用，为高附加值环丙烷化合物的绿色制造提供了新思路。相关研究成果发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、中国科学院等的支持。论文链接