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在有機合成中，非活性的C-H鍵的氧化是一種非常重要的反應，通過生物的手段研發特異的酶催化反應在醫藥合成等領域具有非常重要的意義。近日，江南大學生物工程學院聶堯教授與湖北大學生命科學院郭瑞庭教授、中科院天津工業生物技術研究所劉衛東研究員合作，以專一性催化氨基酸羥基化的L-異亮氨酸雙加氧酶(IDO)為研究對象，探索IDO對特異氨基酸具有選擇性的原因和調控機制。相關研究成果發表在酶催化權威期刊《?美國化學會·催化》上，并獲選為封面文章。

羥基氨基酸是一類重要的化合物，可作為原料藥、醫藥中間體、飼料添加劑、食品強化劑、香料等，廣泛應用于醫藥、食品、化工等領域。其中，4-羥基正亮氨酸作為酰基高絲氨酸內脂的類似物，具有調控真核細胞基因表達的重要生理功能。

隨著羥基氨基酸及其他羥基化衍生類重要醫藥中間體的應用需求不斷擴大的情況下，是否能在氨基酸不同的位置加上羥基對于擴展羥基氨基酸的功能具有重要影響，而利用綠色、高效、無毒的酶反應也逐漸成為目前關注的熱點。

聶堯介紹，在我們之前的研究發現，IDO催化羥基化L-正亮氨酸(L-Nle)時會同時生成4-羥基正亮氨酸(4-HNL)和5-羥基正亮氨酸(5-HNL)這兩種產物，專一性較低，我們的目標產物4-HNL的產物純度僅有78.9%，這樣就難以進行接下來的純化與應用。

如何調控選擇性，創制高專一性羥基化酶?

IDO進行酶催化時，需要二價鐵離子(Fe2+)和α-酮戊二酸的幫助(2-KG)。課題組解析了IDO的酶蛋白結構，并且經由計算分析，預測了和反應底物分子有關的酶重要位點。

課題組又在研究過程中發現了決定反應專一性的一個最關鍵位點T244，并針對T244位點進行深入研究時，將其突變為更小的氨基酸時，發現酶的專一性顯著提高了，其中，三個突變體T244A、T244G、T244S催化的4-HNL產物純度分別提高至95.1%、96.6%和95.3%。

“更令我們驚喜的是，突變體T244S在提高了位置專一性的同時，仍然保留了和原本酶同等高水平的催化活性，我們也實現了酶活性和選擇性的協同調控。”聶堯表示。

劉衛東表示，這一工作揭示了雙加氧酶選擇性識別底物和催化羥基化反應的分子機制，對利用雙加氧酶作為重要工具以發展高附加值化學品的綠色生物制造具有重要意義。

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