基因密碼子擴展技術（GCE）是將新的功能基團作為非經典氨基酸（ncAA）側鏈共價嵌入蛋白質中。近年來，這項技術推動了新酶的開發，其機制和催化功能超越了自然界中已知的范圍。例如，金屬配位ncAA已被用于增強血紅素酶的特性，并開發用于多種轉化的人工金屬酶。此外，還開發了依賴具有有機催化側鏈的ncAA作為關鍵功能基團的酶。

最近，GCE技術與定向進化技術的結合催生了對熱力學禁阻的[2+2]環加成反應具有對映選擇性和耐氧性的光酶。這些酶利用4-苯甲酰苯丙氨酸（BpA）作為基因編碼的三線態光敏劑。紫外光照射下，BpA（或二苯甲酮）通過高效的系間竄越（ISC）從短暫形成的單線態激發態轉變為長壽命的三線態激發態。存儲的光化學能量隨后可以通過自旋允許的過程（Dexter能量轉移）轉移到附近的底物，生成足夠長壽命的三線態激發態以進行后續化學反應。在可調控的手性蛋白質環境中進行這種能量轉移光催化，可以實現立體選擇性轉化，包括那些對小分子手性光催化劑具有挑戰性的反應。然而，目前報道的酶僅能獲得一類張力環丁烷產物的對映體。為了最大化合成效用，開發立體互補的酶以獲取手性取代環丁烷的任意對映體至關重要。

最近，The University of Manchester的Anthony P. Green課題組利用GCE技術的靈活性，將BpA光敏劑重新定位在光酶EnT的DA_20_00的活性位點中。通過這一修飾開發出了一種光酶CEnT1.4，它與該課題組最近報道的酶EnT1.3對映互補，并在環加成反應中提供了更高程度的區域化學控制。

圖片來源：ACIE

首先，這項研究基于先前設計的酶EnT1.3的晶體結構，通過合理調整基因編碼的二苯甲酮光敏劑的位置，開發出一種對映互補的[2+2]環化酶CEnT1.0。在此基礎上，經過定向進化，獲得了一種高效且耐氧的光酶CEnT1.4，該酶能以出色的對映控制（99% e.e.）和顯著提高的區域選擇性（r.r. 62:1 vs. 9:1）促進喹啉酮衍生物的[2+2]環加成反應。

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此外，CEnT1.4的結構分析與分子動力學模擬揭示了其活性位點口袋的精細設計，能夠預組織底物以實現區域和對映選擇性催化。這項研究突顯了在開發具有不同立體化學結果的酶時，基因編碼光催化元素所提供的多功能性。

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原文標題：Photosensitizer Repositioning Affords an Enantiocomplementary Enzyme for [2 + 2]-Cycloadditions

原文作者：Chuanjie Sun+, Anna R. Kohn+, Ross Smithson+, Florence J. Hardy, Jonathan S. Trimble, Yuanxin Cao, Linus O. Johannissen, Sam Hay,* Rebecca Crawshaw,* and Anthony P. Green*

Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202503576