光酶是一种利用光将起始物质转化为产物的生物催化剂。这些催化剂需要光子吸收，使量子效率成为一个重要的优化参数。黄素依赖的“烯”还原酶（ERED）在合成有价值的氢烷基化反应中表现出潜在的光酶活性；然而，蛋白质工程还没有被用来优化这种非自然功能。近期，Cornell University的Todd K. Hyster组选择α-氯酰胺通过GluER催化自由基环化形成γ-内酰胺作为模型反应，报道了一种用于光酶高通量优化的蛋白质工程平台。
图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
以单突变GluER-T36A作为起始酶，并使用Lumidox GenI Blue LED阵列在96孔板中辐照反应。在缺乏提高酶的光子效率的明确机制策略的情况下，首先选择易错突变构建了一个含有1000个GluER-T36A的突变体文库。通过筛选突变体文库获得一个有益的突变体GluER-T36A-K317M-Y343F（GluER-G6或G6），它在起始酶GluER-T36A的基础上有两个突变位点，K317位于蛋白质表面，而Y343位于酶活性位点内。G6与野生型GluER相比，除了对映选择性提高外，其活性增加了3.5倍。
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进一步机理研究表明，关键位点的突变可以改变酶的激发态动力学，提高其光子效率，并最终提高催化剂性能。
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瞬态吸收光谱结果表明，GluER工程化突变体的自由基寿命显著缩短，表明朝着协同机制发展。
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参考文献：Engineering a Non-Natural Photoenzyme for Improved Photon Efficiency
Angew. Chem. Int. Ed.
DOI: 10.1002/anie.202113842
原文作者：Bryce T. Nicholls+, Daniel G. Oblinsky+, Sarah I. Kurtoic, Daria Grosheva, Yuxuan Ye, Gregory D. Scholes, and ToddK. Hyster*
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