基因密码子扩展技术（GCE）是将新的功能基团作为非经典氨基酸（ncAA）侧链共价嵌入蛋白质中。近年来，这项技术推动了新酶的开发，其机制和催化功能超越了自然界中已知的范围。例如，金属配位ncAA已被用于增强血红素酶的特性，并开发用于多种转化的人工金属酶。此外，还开发了依赖具有有机催化侧链的ncAA作为关键功能基团的酶。

最近，GCE技术与定向进化技术的结合催生了对热力学禁阻的[2+2]环加成反应具有对映选择性和耐氧性的光酶。这些酶利用4-苯甲酰苯丙氨酸（BpA）作为基因编码的三线态光敏剂。紫外光照射下，BpA（或二苯甲酮）通过高效的系间窜越（ISC）从短暂形成的单线态激发态转变为长寿命的三线态激发态。存储的光化学能量随后可以通过自旋允许的过程（Dexter能量转移）转移到附近的底物，生成足够长寿命的三线态激发态以进行后续化学反应。在可调控的手性蛋白质环境中进行这种能量转移光催化，可以实现立体选择性转化，包括那些对小分子手性光催化剂具有挑战性的反应。然而，目前报道的酶仅能获得一类张力环丁烷产物的对映体。为了最大化合成效用，开发立体互补的酶以获取手性取代环丁烷的任意对映体至关重要。

最近，The University of Manchester的Anthony P. Green课题组利用GCE技术的灵活性，将BpA光敏剂重新定位在光酶EnT的DA_20_00的活性位点中。通过这一修饰开发出了一种光酶CEnT1.4，它与该课题组最近报道的酶EnT1.3对映互补，并在环加成反应中提供了更高程度的区域化学控制。

图片来源：ACIE

首先，这项研究基于先前设计的酶EnT1.3的晶体结构，通过合理调整基因编码的二苯甲酮光敏剂的位置，开发出一种对映互补的[2+2]环化酶CEnT1.0。在此基础上，经过定向进化，获得了一种高效且耐氧的光酶CEnT1.4，该酶能以出色的对映控制（99% e.e.）和显著提高的区域选择性（r.r. 62:1 vs. 9:1）促进喹啉酮衍生物的[2+2]环加成反应。

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此外，CEnT1.4的结构分析与分子动力学模拟揭示了其活性位点口袋的精细设计，能够预组织底物以实现区域和对映选择性催化。这项研究突显了在开发具有不同立体化学结果的酶时，基因编码光催化元素所提供的多功能性。

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原文标题：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