改造脂肪族C-H键对区域和立体选择性的方式在有机化学领域中是个巨大的挑战。在这种情况下，非血红素铁和α-酮戊二酸依赖的双加氧酶(αKGDs）是一类可作为C−H键活化工具的酶家族，可以催化一系列具有合成价值的反应，包括羟基化、氧化和去饱和。
图片来源：ACS Catal.
目前所共识的αKGDs反应机制是通过形成能够从sp3杂化的底物碳中心进行氢原子转移（HAT）的Fe(IV)-氧络合物进行，由此产生的底物自由基和Fe(III)−OH辅因子被认为是通向可能的反应结果的分支点，这是由酶的活性位点结构决定的。目前，通过酶工程对Fe(II) /α-KG依赖的双加氧酶的催化反应调节已成为主要难点。
近期，瑞士苏黎世应用科技大学Rebecca Buller组对Sinorhizobium meliloti来源的L-脯氨酸顺-4-羟化酶SmP4H进行工程化改造，用于选择性氧化修饰非蛋白源氨基酸L-高苯丙氨酸（L-hPhe），以产生药理相关的小分子中间体。
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on style="white-space: normal; text-indent: 2em; line-height: 1.75em;">该研究利用基于结构的定向进化，改进了羟基化反应的总周转数、kcat和kcat/Km，得到了理想的产物γ-羟基化产物分别增加约10倍、>100倍和>300倍。
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值得注意的是，只突变活性位点中的一个氨基酸 (W40Y)就能够重新编程天然羟化酶，使其主要功能由羟化转变为去饱和，这可能是由于在反应机制中酪氨酸作为催化实体的能力实现的。
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此外，对底物范围的研究揭示了SmP4H突变体对非天然氨基酸L-同型酪氨酸和（S）-α-氨基-3,4-二氯苯丁酸也具有催化活性。
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参考文献：Modulating Chemoselectivity in a Fe(II)/α-Ketoglutarate-Dependent Dioxygenasefor the Oxidative Modification of a Nonproteinogenic Amino AcidACS Catal. 2021, 11, 6261−6269原文作者：Fabian Meyer,∥ Raphael Frey,∥ Mathieu Ligibel, Emine Sager, Kirsten Schroer,Radka Snajdrova, and Rebecca Buller*
