探秘SOI的催化機制：重排反應的結構啟示，最新Nature Chemistry！！！

一、【科學背景】

環氧化物是合成有機分子的通用構建單元，通過Meinwald重排可生成多功能的醛和酮，廣泛應用于精細化工和藥物合成。然而，傳統的Meinwald重排需要腐蝕性酸催化，并需無水和惰性氣氛條件，且常因副反應及較差的選擇性導致低產率和產物混雜。氧化苯乙烯異構酶（SOI）在生理條件下催化芳基環氧化物的Meinwald重排，克服了這些限制。SOI在微生物苯乙烯降解途徑中被發現，能高效地催化多種基質，具有廣泛的應用潛力。然而，SOI的催化機制尚不清楚，限制了其在生物催化和化學合成中的全面應用。為了解決這一問題，研究利用冷凍電子顯微鏡、電子順磁共振波譜和其他生物物理方法，解析了SOI與抑制劑結合的高分辨率結構，揭示了其催化機制。這些發現為擴大SOI的應用范圍、提高催化效率以及開發新型鐵基催化反應提供了基礎。

二、【創新成果】

近日，瑞士維利根保羅·謝勒研究所Volodymyr M. Korkhov，Richard A. Kammerer，Xiaodan Li等研究者和新加坡國立大學Zhi Li等研究者在Nature Chemistry上發表了題為“Structural basis of the Meinwald rearrangement catalysed by styrene oxide isomerase”的論文，這項研究揭示了SOI的催化機制，通過冷凍電子顯微鏡等技術證實了其與鐵血紅素b的結合方式和關鍵氨基酸位點。SOI表現出高熱穩定性和活性，適應惡劣條件，具有生物催化潛力。此外，蛋白質工程進一步提高了其效率。研究結果為基于SOI的生物催化反應設計提供了重要指導，為生物合成和化學合成領域帶來新的可能性。

圖1 含有三價鐵血紅素b合成基團的膜結合SOI的冷凍電鏡結構 ? 2024 Springer Nature

圖2 SOI-NB 復合物的結構組織 ? 2024 Springer Nature

圖3 SOI的底物結合袋 ? 2024 Springer Nature

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圖4 提出的苯乙烯氧化物異構化的SOI反應機理 ? 2024 Springer Nature

三、【科學啟迪】

該項成果揭示了苯乙烯氧化物異構酶（SOI）在Meinwald重排反應中的催化機制，突出其與鐵血紅素b的結合方式和關鍵氨基酸位點。這為生物催化領域提供了重要啟示，有助于深入理解酶的催化機制。該發現將有助于開發新型基于SOI的生物催化反應，擴展可再生底物的范圍，并提高化學合成的效率和可持續性。該項成果有助于解決實現高效生物催化合成的挑戰，將對可持續化學和醫藥領域產生重要的影響。

原文詳情：https://www.nature.com/articles/s41557-024-01523-y