化學家長期以來一直夢想模仿自然的精準，而現在，得益於一種重新利用的酶，他們在這方面又向前邁進了一步。來自巴塞爾大學的研究人員成功地將一種強大的合成方法與酶催化結合，通過金屬氫化物氫原子轉移（MHAT）技術，創造出前所未有的三維分子。這項研究標誌著首次證明酶能催化這類反應，為環保且更具選擇性的化學合成提供了一種全新工具。催化劑在現代化學中至關重要，它們能促進更快、更清潔和更可控的反應。自然界的催化劑——酶，因其能在溫和條件下以驚人的特異性引導反應而備受讚譽。然而，酶的使用主要限於生物轉化。
相較而言，MHAT是一種合成技術，近年來因其將簡單的平面分子轉化為複雜的三維結構而受到關注。這些反應在藥物發展和精細化學合成中尤為有用，因為分子的結構往往決定其功能。至今，MHAT化學大多由金屬催化劑主導，這些催化劑的作用範圍超出了生物學的領域，這在生產單一手性分子方面的選擇性受到了限制。在藥物開發中，這是一個重大缺陷，因為鏡像分子即對映體可能會產生截然不同的生物效應。一種可能是治療性的，而另一種則可能無效甚至有毒。
為了解決這一問題，巴塞爾團隊從自然中尋找靈感和工具。在湯瑪斯·R·沃德教授的帶領下，研究人員重新利用了一種血紅素蛋白，這是一類自然含有鐵中心的酶。通過微妙地調整其催化位點，他們使這種酶能夠以驚人的立體選擇性進行MHAT反應。在測試反應中，該酶生成的目標對映體的比例高達98:2，遠超傳統化學方法。“到目前為止，尚未有已知的酶能進行這樣的MHAT反應，”第一作者張翔博士表示。“這在生物催化中是一種全新的能力。”
這項研究是國家競爭力研究中心「分子系統工程」的一部分，該中心專注於將生物組件整合到合成系統中。這項工作為生產藥品和其他高價值化學品開闢了新途徑，採用更可持續和可擴展的方法。然而，這種新方法並非沒有挑戰。工程化的酶具有高度特異性，這意味著它在狹窄範圍的起始材料中表現良好。如果起始分子的結構有顯著變化，則可能需要重新設計酶，這一過程需要時間和專業知識。此外，研究人員仍在尋找更環保的方式來生產反應中使用的金屬氫化物催化劑。
儘管如此，將酶的精準性與合成化學的多樣性相結合，代表了綠色化學的一個強大新篇章。通過模糊生物學和化學之間的界限，科學家們可能比以往任何時候都更接近優雅、高效且有目的地構建複雜分子，正如自然所展現的那樣。這些研究結果已發表在《自然》期刊上。
