4所大學nature發表?9月21日，華中科技大學化學與化工學院鐘芳銳、吳钰周教授團隊與西北大學陳希教授合作的論文“Enantioselective [2 2]-cycloadditions with triplet photoenzymes”在《自然》Nature刊發該論文是吳钰周、鐘芳銳團隊在化學生物學和有機合成化學交叉領域取得的突破性成果，我來為大家科普一下關于4所大學nature發表?下面希望有你要的答案，我們一起來看看吧!

4所大學nature發表

9月21日，華中科技大學化學與化工學院鐘芳銳、吳钰周教授團隊與西北大學陳希教授合作的論文“Enantioselective [2 2]-cycloadditions with triplet photoenzymes”在《自然》Nature刊發。該論文是吳钰周、鐘芳銳團隊在化學生物學和有機合成化學交叉領域取得的突破性成果。

酶是自然界漫長演化形成的高效生物催化劑，但往往僅适用于專一的底物和天然的生命化學反應，難以滿足社會生産對多樣性功能化學品的合成需求。雖然自然進化形成的生物酶數量和種類繁多，功能多樣，但絕大多數都是基于熱化學驅動活化機制。能受光驅動的天然光酶十分稀缺，目前已經發現的光酶僅有光合作用相關的原葉綠素酸酯還原酶、修複DNA損傷的光裂合酶、脂肪酸脫羧酶等少數幾種。将合成化學發展的光催化劑和光催化機制融合到蛋白中構建新型人工光酶，能突破天然酶熱催化機制的局限，從根本上拓展生物催化的反應類型，為重要功能化學品的綠色生物制造提供新的理論和技術。

另一方面，手性與生命現象密切相關，也顯著影響物質的性能。手性分子的精準合成能為醫藥、農藥、信息和材料領域的發展提供核心技術支持。不對稱催化是制備手性分子十分高效的途徑，這一領域的研究在過去半個世紀裡已經取得了巨大的進展。然而，在激發态進行的光化學反應的手性控制仍然是一個巨大的挑戰。

“三重态光酶”的藝術示意圖

針對上述問題，鐘芳銳、吳钰周團隊提出了“三重态光酶”的概念，通過合成生物學前沿技術開發了一類全新的人工酶，為激發态光反應的手性催化合成提供了一種原創性方案。團隊基于有機合成、基因工程、蛋白質工程、酶理論計算和結構生物學等交叉學科背景，将合成化學發展的二苯甲酮類優異光敏劑通過基因密碼子拓展技術定點插入到選定蛋白的手性空腔中，構建了含非天然催化活性中心的人工光酶TPe。由于二苯甲酮獨特優異的三重态光物理性質，該光酶具有能量轉移催化的非天然功能和作用機制，能催化底物從分子基态躍遷到激發态發生光反應。從化學改造構建的第一代三重态光酶TPe1.0，團隊通過四輪突變叠代優化酶的氨基酸殘基和反應空腔結構，建立了突變體文庫，完成了光酶的定向進化，最終獲得了優異的突變體TPe4.0。該光酶能高效催化吲哚衍生物的分子内[2 2]光環加成反應，所獲得的環丁烷并吲哚啉類産物具有良好的底物普适性和手性選擇性(可以獲得大于99%的單一手性異構體)。

陳希團隊通過X-射線解析光酶與底物配合物的單晶結構，闡明了反應優異的手性選擇性來源于光敏劑和周邊關鍵氨基酸殘基與底物之間形成的氫鍵等多重弱鍵協同作用。

三重态光酶（TPe）催化能量轉移[2 2]光環加成反應示意圖

這項研究表明，通過将三重态能量轉移的光催化機制與蛋白質的精細超分子腔相結合，人工三重态光酶集成了化學光催化劑的高效反應性和生物催化劑的精準選擇性兩者的優勢，為有機分子激發态反應的手性選擇性調控提供了有效的手段，也從根本上拓展了酶催化的反應性。随着計算輔助的人工酶理性設計能力的不斷提升和基因密碼子拓展技術的進一步發展，更多結構和性質獨特的化學光敏劑将被引入蛋白創造新的非天然光酶，從而豐富光驅動生物催化的功能和應用範圍。因此，研究團隊提出的“三重态光酶”這一概念有希望應用于其它更多類型的不對稱光催化反應。

吳钰周、鐘芳銳和陳希為本文的共同通訊作者，化學與化工學院博士生孫甯甯和黃建建為本文的共同第一作者，華中科技大學為該論文的第一作者單位。該工作為鐘芳銳、吳钰周團隊與陳希、深圳技術大學趙偉甯副教授、華中科技大學廖榮臻教授合作完成，他們分别提供了蛋白晶體解析、蛋白質譜、理論計算等方面的支持。

吳钰周，華中科技大學化學與化工學院教授，博士生導師。長期從事蛋白質、核酸等天然生物大分子的化學修飾及合成生物學領域的研究，主持了國家重點研發計劃“合成生物學”重點專項、國家自然科學基金項目等項目，研究方向包括非天然酶和蛋白材料的開發應用、核酸化學修飾及納米醫藥材料，相關研究成果在Nature、Chemical Review、JACS、Angew Chem等國際權威期刊發表論文80餘篇。

鐘芳銳，華中科技大學化學與化工學院教授，博士生導師。長期從事綠色有機合成化學領域的研究，主要方向包括綠色仿生催化、不對稱催化合成和生物兼容性反應的開發等，在Nature、JACS、Angew Chem等期刊上發表論文50餘篇。

華中科技大學化學與化工學院秉承“精準識才、真誠引才、科學育才、大膽用才”理念，立足“人才強院”戰略，堅持“外引内培，引育結合”，全方位培養、引進、用好人才，在政治上信任、學術上支持、管理上壓擔子，通過營造健康向上的學術生态、自由探索的學術氛圍，整體提升原始創新能力，高水平學術成果競相湧現。2019年，青年人才夏寶玉教授關于電催化材料的研究成果發表于Science，學院實現了在CNS頂級期刊上發表論文零的突破。時隔三年又一研究成果發表于Nature。青年人才的成長有力支撐了化學學科的雙一流建設。

近年來，華中科技大學實施“人才興校”戰略，師資力量雄厚。院士、“973計劃”項目首席科學家、重大科學研究計劃項目首席科學家、國家重點研發計劃項目首席科學家等一大批名師大家彙聚于此，教書育人、躬耕科研。未來，願華科大人在這片科研沃土，産出更多創新成果！

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素材來源：華中科技大學官微/官網/教師個人主頁

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