探秘SOI的催化机制：重排反应的结构启示，最新Nature Chemistry！！！

一、【科学背景】

环氧化物是合成有机分子的通用构建单元，通过Meinwald重排可生成多功能的醛和酮，广泛应用于精细化工和药物合成。然而，传统的Meinwald重排需要腐蚀性酸催化，并需无水和惰性气氛条件，且常因副反应及较差的选择性导致低产率和产物混杂。氧化苯乙烯异构酶（SOI）在生理条件下催化芳基环氧化物的Meinwald重排，克服了这些限制。SOI在微生物苯乙烯降解途径中被发现，能高效地催化多种基质，具有广泛的应用潜力。然而，SOI的催化机制尚不清楚，限制了其在生物催化和化学合成中的全面应用。为了解决这一问题，研究利用冷冻电子显微镜、电子顺磁共振波谱和其他生物物理方法，解析了SOI与抑制剂结合的高分辨率结构，揭示了其催化机制。这些发现为扩大SOI的应用范围、提高催化效率以及开发新型铁基催化反应提供了基础。

二、【创新成果】

近日，瑞士维利根保罗·谢勒研究所Volodymyr M. Korkhov，Richard A. Kammerer，Xiaodan Li等研究者和新加坡国立大学Zhi Li等研究者在Nature Chemistry上发表了题为“Structural basis of the Meinwald rearrangement catalysed by styrene oxide isomerase”的论文，这项研究揭示了SOI的催化机制，通过冷冻电子显微镜等技术证实了其与铁血红素b的结合方式和关键氨基酸位点。SOI表现出高热稳定性和活性，适应恶劣条件，具有生物催化潜力。此外，蛋白质工程进一步提高了其效率。研究结果为基于SOI的生物催化反应设计提供了重要指导，为生物合成和化学合成领域带来新的可能性。

图1 含有三价铁血红素b合成基团的膜结合SOI的冷冻电镜结构 © 2024 Springer Nature

图2 SOI-NB 复合物的结构组织 © 2024 Springer Nature

图3 SOI的底物结合袋 © 2024 Springer Nature

图4 提出的苯乙烯氧化物异构化的SOI反应机理 © 2024 Springer Nature

三、【科学启迪】

该项成果揭示了苯乙烯氧化物异构酶（SOI）在Meinwald重排反应中的催化机制，突出其与铁血红素b的结合方式和关键氨基酸位点。这为生物催化领域提供了重要启示，有助于深入理解酶的催化机制。该发现将有助于开发新型基于SOI的生物催化反应，扩展可再生底物的范围，并提高化学合成的效率和可持续性。该项成果有助于解决实现高效生物催化合成的挑战，将对可持续化学和医药领域产生重要的影响。

原文详情：https://www.nature.com/articles/s41557-024-01523-y