天然Diels-Alder酶SdnG中亚胺催化的发现及其在生物催化设计中的意义

研究人员首次揭示了天然Diels-Alder酶SdnG通过亚胺（iminium）催化机制促进降冰片烯形成的过程。通过生化、结构及计算分析，发现活性位点K127与烯醛底物形成希夫碱（Schiff-base）加合物，使底物处于近攻击构象，并将Diels-Alder环化过渡态能垒降低8.3 kcal mol?1。该研究为亚胺基（生物）催化剂设计提供了新范式。

　　

在天然Diels-Alder酶（Diels-Alderase）SdnG的研究中，科学家们首次捕捉到生物体内亚胺催化（iminium catalysis）的直接证据。这种酶在抗生素sordarin生物合成中催化降冰片烯（norbornene）的形成，其奥秘在于活性位点赖氨酸K127的ε-氮原子与烯醛亲双烯体（enal dienophile）的醛基形成动态希夫碱加合物（Schiff-base adduct）。X射线结构解析结合硼氢化物还原实验，成功在催化条件下"冻结"了这一关键中间体。

研究发现，该希夫碱加合物不仅精确定位底物至近攻击构象（near-attack conformation），更通过活化亲双烯体，将Diels-Alder环化反应的过渡态能垒显著降低8.3 kcal mol^?1。计算模拟揭示了一个由催化三联体（catalytic triad）构成的氢键网络，该网络可能通过质子传递促进亚胺阳离子（iminium）的形成。这项突破不仅填补了有机催化与生物催化之间的理论空白，更为设计新型亚胺基生物催化剂（iminium-based biocatalysts）提供了分子蓝图，在天然产物合成和药物开发领域具有重要应用前景。