季鹏飞研究员：碳酸酐酶的非天然催化反应

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我系新引进人才季鹏飞研究员在博士后期间的工作在线发表于《自然·化学》杂志，研究方向为金属酶的非天然催化反应。论文标题为“Abiotic reduction of ketones with silanes catalysed by carbonic anhydrase through an enzymatic zinc hydride”（Nature Chemistry, 2021, https://doi.org/10.1038/s41557-020-00633-7）。

碳酸酐酶的非天然催化反应

       以金属氢化物为活性中间体的过渡金属催化反应，例如不对称氢化、烯烃官能化、碳氢键活化等，在合成化学中意义重大。利用生物催化剂实现金属氢化物类的催化反应对于拓宽生物催化的反应类型很有价值。但是氢负离子中间体在水中不稳定，容易被水质子化而分解产生氢气，所以在酶催化的水相反应中十分罕见。蛋白质的疏水空腔有望稳定住这一活性中间体。该研究工作证明，以锌为活性中心的金属酶碳酸酐酶能够以硅烷为反应底物，活化硅氢键形成氢化锌中间体，再进一步插入羰基实现酮的不对称还原反应，高效率制备手性醇化合物。该研究通过多个机理实验以及计算化学模拟探究了该反应的机理，间接支持了硅烷与氢氧化锌的阴离子交换过程，以及氢化锌中间体的氢负离子插入反应。
       该工作的另一个亮点在于探究了有机硅化合物的生物化学反应。硅元素在地壳中丰度极高，但是有机硅化合物在生命体系中非常罕见。探究含硅化合物与蛋白酶的相互作用有望推动含硅药物的研发，甚至解答人类对“硅生命”概念长久以来的好奇心。这一工作证明硅烷这一非天然底物可以在酶催化反应过程中充当高效的还原剂，制备端位氢负离子。该工作为生物催化与分子催化的交叉领域提供了新的研究策略。
       季鹏飞研究员为论文的第一作者，加州大学伯克利分校教授、沃尔夫奖得主John Hartwig为论文通讯作者，加州大学伯克利分校教授、蛋白质工程领域专家Douglas Clark为论文共同作者。
       论文链接：https://www.nature.com/articles/s41557-020-00633-7
       季鹏飞研究员的个人主页和课题组主页如下，欢迎有兴趣加入到本科生、研究生、博士后积极联系：
       https://person.zju.edu.cn/jipengfei
       http://jipengfei.jc709.cn/


       文章来源：浙江大学
       季鹏飞博士，2014年本科毕业于四川大学化学基础学科拔尖试验班，2018年博士毕业于美国芝加哥大学化学系，导师Wenbin Lin，后在加州大学伯克利分校任米勒研究员，合作导师John F. Hartwig。将于2020年12月份入职浙江大学化学系 “百人计划” 研究员，博士生导师。研究方向为酶催化、蛋白修饰以及限域催化等。