浙江大学化学系吴起

kanjian

吴起，浙江大学副教授。目前主要从事生物催化、蛋白质定向进化的研究。 1）重点研究非水相中高选择性的生物催化合成方法，包括立体选择性的酰化反应、氧化反应和还原反应，研究酶的选择性调节方法和规律； 2）探索在非水相中酶催化剂的催化混乱性反应的新现象，以及内在的催化机理，进一步将其应用于串联反应、多步反应制备复杂的新型有机功能分子和材料。 3）研究酶/化学法，以及酶/酶催化的高选择性聚合反应，制备复杂的具有生物降解性、光学活性、缓释与靶向特性、胶束组装的功能高分子材料和药物。 4）酶催化剂的定向进化与分子改造，利用分子生物学和化学生物学的手段提高酶催化剂的立体选择性、热稳定性、催化活性，尤其是将酶分子的定向进化和酶催化的混乱性两个热点研究领域的交叉结合，可以有效认识酶催化剂的混乱性反应机理和本质。

姓名：吴起

单位：化学系

职称：副教授

个人简介

浙江大学化学系，有机化学与药物化学研究所。

副教授，博士生导师；

德国马普学会煤炭研究所访问学者；

浙江大学新星计划、国家留学基金资助人员；

浙江大学求是青年学者。

学习工作经历：

1994.9-1998.7 四川大学应用化学系本科学习，毕业获理学学士学位；

1998.9-2000.3 浙江大学化学系硕士研究生；

2000.3-2003.3 浙江大学化学系博士研究生，毕业获理学博士学位；

2005.2-至今   浙江大学化学系，副教授；

2008.9-2010.9 德国马普煤炭所（Max-Planck-Institutfür Kohlenforschung）国家留学基金访问学者；

联系方式

电话：0571-87953001
电子信箱：wuqi1000@163.com

研究项目

1. 国家自然科学基金面上项目，“单加氧酶/脂肪酶双酶串联催化从酮合成手性聚酯的研究”，编号21574113，起止时间2016.01-2019.12，负责人；

2. 国家自然科学基金面上项目，“酶促立体可调控一步合成双手性中心化合物方法及其调控机理”，编号21472169，起止时间2015.01-2018.12，主要参与者（负责人：林贤福）；

3. 国家自然科学基金面上项目，“水解酶催化多组分多米诺反应合成螺环化合物方法及其催化机理”，编号21272208，起止时间2013.01-2016.12，主要参与者（负责人：林贤福）；

4. 浙江省自然科学基金项目一般项目，“CALB 脂肪酶催化多功能性反应的机理研究”，编号LY14B020006，起止时间2014.01-2016.12，负责人；

5. 国家自然科学基金面上项目，“两亲性无规共聚物的设计、合成及靶向胶束行为研究”，编号20874086，起止时间2009.01-2011.12，负责人；

6. 国家自然科学基金青年项目，“酶催化拆分与缩聚合成手性药物聚酯型嵌段高分子前药及胶束行为”，编号20704037，起止时间2008.01-2010.12，负责人；

7. 浙江省自然科学基金重点项目，“抗肿瘤药物的肝靶向微胶囊静电自组装制备及性质研究”，编号Z406180，起止时间2007.01-2009.12，负责人；

8. 浙江省科技厅绿色化工重大科技专项，“β-内酰胺抗生素的酶促合成开发技术与示范”，编号2005C11023-03，起止时间2005.08-2007.08，负责人；

9. 中国博士后科学基金，“抗肿瘤阿霉素高分子药物的超声增强酶催化选择性合成”，编号2003034070，起止时间2003.09-2005.02，负责人；

10. 浙江省博士后科研基金，“超声增强酶催化选择性合成光学活性靶向高分子药物研究”，起止时间2004.03-2005.03，负责人；

11. 国家自然科学基金面上项目，“单酶催化迈克尔/酰化串联反应及其一锅法合成”，编号20572099，起止时间2006.01-2008.12，主要参与者；

12. 国家自然科学基金，“光学活性含糖靶向高分子药物酶催化选择性合成”，编号20474056，起止时间2005.01-2005.12，主要参与者；

13. 浙江省科技厅国际合作重点项目，“靶向抗肿瘤药物的生物酶催化合成”，起止时间2003.10-2005.10，主要参与者；

14. 浙江省科技厅重大科技攻关项目，“水溶性印墨配制技术与工艺研究”，编号2003C11024，起止时间2003.12-2006.12，主要参与者；

15. 浙江省科技厅重大科技攻关项目，“纳米改性快固亮光胶版油墨复合助剂及油墨开发”，编号2004C11021，起止时间2004.10-2006.12，主要参与者；

chenyu

由于不同的对映异构体可能具有不同的生理活性，甚至可能存在严重的毒副作用，因此分子手性与其生物活性之间的关系受到人们广泛的关注。而随着分子中手性中心的增加，两者之间关系的复杂性会急剧增加。虽然不对称合成技术在过去几十年中得到了极大的发展，但是对于反应过程中立体构型的控制，特别是实现多手性中心化合物的每一种构型产物的合成，仍然是一个巨大的挑战。

    酶催化的立体多样性合成方法的研究相对于其他酶催化研究领域而言，发展相对缓慢。究其原因是天然酶的专一性比较高，因此很难利用同一种酶来实现对一个多手性中心化合物的每一种构型产物的合成。虽然酶的定向进化技术已经在调控酶的立体选择性方面得到了广泛应用，但是立体选择性多样化的酶定向进化研究则很少有报道。

    最近，我系吴起副教授课题组与德国马普煤炭所的Manfred T. Reetz教授、上海有机所周佳海研究员以及英国贝尔法斯特女王大学的黄美兰博士合作，以南极假丝酵母脂肪酶B（Candida antarctica lipase B, CALB）催化的有机相中外消旋酸和外消旋醇的酯交换反应为模型，利用一种基于定向进化和设计相融合的高效的蛋白质工程改造策略基于定向进货和理财设计相融合的高效的蛋白质工程改造策略——“Focused Rational Iterative Site-specific Mutagenesis” (FRISM)，以极小的突变株筛选工作量，得到了分别对四种构型产生具有高度立体选择性的CALB突变株，目标构型的选择性都在90%以上，晶体结构解析和非水相的分子动力学模拟计算较好地解释了四种突变株的特定立体选择性的产生原因和分子机制。文章近日发表在J. Am. Chem. Soc.上。

本文通过理性设计和定向进化的有机结合，调控活性位点中关键氨基酸的某一特性（本文中以A/L/F作为调控氨基酸体积大小的突变），在单位点筛选结果基础上，进一步进行理性设计的多位点组合迭代突变，构建高度聚焦的小型突变库，实现了对4种手性选择性的分别调控。该方法仅需最小量的筛选，大大减少了工作量，相比于饱和突变，更加突显出人工理性设计策略的重要以及先进性，为以后酶的立体多样性定向进化提供了借鉴。该文章的共同第一作者是浙江大学化学系的博士生徐鉴和岺一欣。周佳海研究员、黄美兰博士、Manfred T. Reetz教授和吴起副教授为共同通讯作者。

原文：

Stereodivergent Protein Engineering of a Lipase To Access All Possible Stereoisomers of Chiral Esters with Two Stereocenters

Jian Xu, Yixin Cen, Warispreet Singh, Jiajie Fan, Lian Wu, Xianfu Lin, Jiahai Zhou,* Meilan Huang,* Manfred T. Reetz,* Qi Wu*

J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 7934-7945, DOI: 10.1021/jacs.9b02709

fanshi

带有α-官能团的手性羧酸是很多药物和天然产物的重要中间体或者结构砌块。目前已经有很多制备含α-官能团的手性羧酸的合成方法。通常的化学合成法需要用到过渡金属催化剂和复杂的手性配体。与化学法相比，生物催化可以以更加绿色和可持续的方式制备这一类重要的手性化合物。例如酮还原酶和亚胺还原酶都已经成功地用于从α-酮酸到α-羟基/氨基酸的转化，此外水解酶催化的酯或者酸的动力学拆分也是广泛使用的方法。然而这些生物催化方法通常需要辅因子的参与或者将酸提前制备为相应的酯或酰胺化合物。因而探索更加简单高效且不需辅因子的新型生物催化方法制备含α-官能团的手性羧酸显得极为重要。

化学系的吴起课题组最近报道了一种利用光脱羧酶来高效拆分含α-官能团的外消旋羧酸的新方法。他们选择了一种来源于小球藻（Chlorella variabilis）NC64A的脂肪酸光脱羧酶（CvFAP）作为催化剂，以2-羟基辛酸的脱羧反应为模型开展研究。CvFAP可将不同链长（C12-C22）的脂肪酸在无任何辅助因子的作用下脱羧生成相应的烷烃或者烯烃。他们设想CvFAP的催化空腔可能对外消旋酸具有立体选择性，从而可以利用脱羧反应来实现外消旋羧酸的手性拆分。然而，研究发现野生型CvFAP的催化活性较差，12小时光照反应后只有20%的底物转化率，底物的对映体过量值（ee）只有22%。为了解决该问题，他们对CvFAP进行了蛋白质工程化改造。

定向进化中无论是随机突变还是饱和突变，突变株筛选的工作量都非常庞大。因此，他们在文章中采用了基于“大氨基酸扫描”策略的理性设计方法，结合CvFAP酶的晶体结构，选择了A384、L386和G462三个位点，将原有位点的氨基酸通过定点突变替换为包括Q、K、F和Y在内的大体积氨基酸。筛选结果发现突变株G462Y最好，可以在51%的转化率下获得99%ee值的R-构型底物。动力学测试结果表明G462Y突变株的活性相比野生型提高了30倍。进一步研究发现G462Y突变株具有较广泛的底物谱，一系列具有C6-C12不同链长或者具有不同取代基的α-羟基酸、以及α-氨基酸都能获得良好的手性拆分结果。分子动力学模拟发现在C462Y突变株中，活性位点周围的一些氨基酸有助于稳定R-构型底物，阻止它靠近FAD辅因子；而S-构型底物则与FAD中的N5原子具有更小的距离，从而使得S-构型羧酸底物更容易发生脱羧反应。

该研究第一次实现了光脱羧酶CvFAP的立体选择性脱羧反应，为手性羧酸的合成提供了一种新的方法，有望在制药、绿色有机合成等领域中获得重要的应用。

这一成果近日发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。该文章的第一作者是化学系的博士生徐鉴，通讯作者为吴起副教授。

Light‐Driven Kinetic Resolution of α‐Functionalized Carboxylic Acids Enabled by an Engineered Fatty Acid Photodecarboxylase

Jian Xu, Yujing Hu, Jiajie Fan, Mamatjan Arkin, Danyang Li, Yongzhen Peng, Weihua Xu, Xianfu Lin, Qi Wu

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 8474-8478, DOI: 10.1002/anie.201903165