单加氧酶研究是我组重要研究方向之一，在前期裂解多糖单加氧酶取得系列重要研究成果后，近期我组合作在Baeyer-Villiger单加氧酶上取得了新进展。

Baeyer-Villiger单加氧酶广泛存在于生物体中，主要参与生物体内中间代谢产物的合成与降解过程，如生物体内的甾体激素的降解过程以及一些天然产物的合成过程都需要该酶的参与。目前，该类酶已被广泛应用于高附加值精细化学品的生物催化合成以及新型天然产物的合成生物学研究当中。鉴于Baeyer-Villiger单加氧酶的重要应用价值，对其进行定向进化获得性质优良的突变体广受关注，并取得了一些突破性进展。然而，在Baeyer-Villiger单加氧酶的研究当中仍然存在一个关键问题没有很好解决：翻转Baeyer-Villiger单加氧酶对酮底物的区域选择性仍然面临挑战，这严重限制了该酶的应用范围。

研究组与中国农业科学院植保所、中国科学院天津工业生物技术研究所和德国马普煤炭所等单位合作，深入研究了Baeyer-Villiger单加氧酶TmCHMO对链式酮底物4-苯基-2-丁酮的区域选择性的决定机制，发现过渡态Criegee中间体在不同进化阶段会形成不同的立体构型，从而影响了最终产物的区域选择性。在合作单位构建的进化路径的基础上，我组对该路径中的关键突变体进行了晶体结构研究，并成功解析了突变L437T的晶体结构，揭示了亮氨酸突变成苏氨酸后，较短的侧链结构增大了酶的底物结合口袋，同时诱导辅因子FAD的黄素环发生了显著的位移，从而为Criegee过渡态中间体的立体选择性改变提供条件。在此基础上，合作单位采用量子化学计算的方法对最优进化路径中的野生酶及四个突变酶的反应路径和选择性进行了计算模拟，精确解析了进化路径中区域选择性的翻转机制。

相关研究成果已于近日发表在国际知名期刊ACS catalysis（https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscatal.2c00415），本组李唐博士为本论文的共同第一作者。该研究结果解析Baeyer-Villiger单加氧酶区域选择性的决定机制，为该类酶区域选择性的定向改造奠定了基础。特别是本研究发现了不同突变的引入可通过影响Criegee过渡态中间体的立体选择性，从而影响反应的区域选择性，这对同样存在手性过渡态中间体的酶，如酯酶、蛋白酶和转氨酶等的研究具有重要的借鉴和指导意义。（文/图李唐）