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手性杂环化合物广泛应用于合成化学、天然产物、医药、农药与材料等领域，其中手性氮/氧杂环化合物是许多生物及生理活性分子的核心结构单元。目前关于手性氮/氧杂环化合物的合成主要涉及金属催化与有机小分子催化，而近年来，通过计算设计与改造的生物催化方法已经成为研究的热点。
中国科学院天津工业生物技术研究所研究员孙周通团队等通过对柠檬烯环氧水解酶（LEH）底物结合口袋活性位点进行计算设计，重构其活性中心氢键网络，打破原有依赖水分子对环氧底物的开环机制，实现了其催化环氧化合物的鲍德温环化反应与去对称化反应，并合成了多种手性氮/氧杂环化合物，可用于构建系列天然产物以及潜在药物前体。研究通过晶体结构解析和计算模拟等手段，揭示了最优突变体活性中心可以介导底物分子内亲核环化并生成手性杂环化合物的分子机制。该研究为同类酶促新反应设计，实现生物合成新分子提供了新的借鉴。
相关成果发表在Nature Communications上。相关研究工作得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、天津市自然科学基金项目和天津市合成生物技术创新能力提升行动的资助。
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计算设计环氧水解酶实现手性杂环化合物的合成示意图
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