穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場實(shí)驗(yàn)裝置（SHMFF）用戶南京大學(xué)黃小強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)，在不對稱電酶催化領(lǐng)域取得新突破：融合二茂鐵甲醇介導(dǎo)的陽極氧化和ThDP依賴酶催化，解鎖了一例非天然的電酶催化動態(tài)動力學(xué)氧化新體系。為了闡明電化學(xué)驅(qū)動下ThDP酶活性中心的催化機(jī)制及其立體選擇性的來源，團(tuán)隊(duì)依托SHMFF所屬電子順磁共振（Electron?Paramagnetic?Resonance,?EPR）揭示了其電子轉(zhuǎn)移過程，研究成果發(fā)表在Nature?期刊上。

近年來，人工酶和光酶催化等策略的發(fā)展，不斷突破生物合成的邊界。另一方面，電化學(xué)合成作為化學(xué)合成領(lǐng)域快速發(fā)展的創(chuàng)新工具，具有廉價(jià)、電勢可控和可持續(xù)等多重優(yōu)勢。當(dāng)前電化學(xué)合成與酶催化的結(jié)合主要集中在以下兩類（圖1）：通過電化學(xué)來實(shí)現(xiàn)酶的輔因子再生，繼而實(shí)現(xiàn)酶的天然反應(yīng)；電化學(xué)生成的中間體或底物參與后續(xù)酶催化天然轉(zhuǎn)化中（電化學(xué)/酶級聯(lián)）。然而，如何利用電化學(xué)驅(qū)動酶催化，去解鎖非天然的新催化模式，仍待突破。

黃小強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)巧妙地融合了二茂鐵甲醇介導(dǎo)的陽極氧化和ThDP依賴酶催化的自由基過程，將連續(xù)2次單電子氧化機(jī)制引入酶中，并結(jié)合定向進(jìn)化技術(shù)理性改造酶的活性位點(diǎn)，成功開發(fā)了一例電酶催化非天然轉(zhuǎn)化（圖1c），開辟了“電驅(qū)動酶催化”不對稱合成新方向。

針對該電酶催化體系，團(tuán)隊(duì)利用EPR對其電子轉(zhuǎn)移機(jī)理開展了詳細(xì)研究。通過低溫EPR實(shí)驗(yàn)檢測并表征了電酶催化過程中的關(guān)鍵自由基中間體，并進(jìn)一步通過自旋定量方法確定了該自由基中間體的濃度（圖2g）；通過溫度依賴（temperature-dependent）EPR方法和功率飽和（power-saturation）EPR方法進(jìn)一步確認(rèn)了催化體系中自由基的來源（圖3）。EPR實(shí)驗(yàn)為證實(shí)該催化體系中的自由基中間體的存在和來源提供了關(guān)鍵的直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

通過融合電催化和酶催化，成功解鎖了ThDP依賴酶的新催化功能，實(shí)現(xiàn)醛到手性羧酸的動態(tài)動力學(xué)氧化新轉(zhuǎn)化。該成果開辟了“電驅(qū)動酶催化”不對稱合成的新范式，為苯丙酸類藥物的不對稱生物合成提供了新途徑。

南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院博士研究生趙貝貝和許園園為論文的共同第一作者；黃小強(qiáng)教授為通訊作者。值得一提的是，這也是黃小強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用SHMFF的EPR實(shí)驗(yàn)測量系統(tǒng)和方法揭示光酶催化機(jī)制（Nature,?2024, 625, 74;?Nature,?2025, 637, 1118;?Nat. Catal.,?2023, 6, 996）之后，利用電化學(xué)驅(qū)動解鎖酶非天然新催化模式的又一項(xiàng)重要研究成果。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09178-6

圖1. 電酶催化現(xiàn)狀及本文研究

圖2. 催化機(jī)理探究

圖3.綜合EPR實(shí)驗(yàn)（溫度依賴和功率飽和實(shí)驗(yàn)）