触媒：エナンチオ選択的[2+2]環化付加反応のための光酵素の設計

タンパク質に新しい触媒作用モードをプログラムできる能力によって、自然界に見られる機能を超える機能を有する酵素ファミリーの開発が可能になると思われる。この目的には、新しい機能要素を非標準的なアミノ酸側鎖としてタンパク質に部位選択的に導入できる、遺伝子コード拡張法が特に有望である。今回我々は、拡張遺伝子コードを利用して、三重項エネルギー移動（EnT）触媒作用によって機能する光酵素を開発した。この触媒作用は、今のところ生体触媒作用には利用できない、有機合成における汎用的な反応性モードである。遺伝的にコードされた光増感剤をDA_20_00のβプロペラ骨格に導入することによって、de novoディールス・アルダラーゼが、[2+2]環化付加反応用の光酵素（EnT1.0）へと変換された。続いて、光酵素進化のプラットフォームの開発と実現によって、小分子触媒では選択的な実現が難しいことが分かっている変換を含む、分子内環化付加反応や生体分子環化付加反応を促進できる効率的でエナンチオ選択的な酵素［EnT1.3、鏡像体過剰率（e.e.）が最大99％］が得られた。EnT1.3は、回転数300を超える性能を示し、小分子光触媒とは対照的に、好気条件下や周囲温度で効果的に機能できる。EnT1.3生成物複合体のX線結晶構造から、複数の機能構成要素が相乗的に働いて効率的で選択的な光触媒反応を促進する仕組みが示された。今回の研究によって、タンパク質活性部位における多くの新しい励起状態化学が開かれるとともに、新世代のエナンチオ選択的光触媒の開発の枠組みが確立された。

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