不对称催化级联过程提供了从简单的底物直接获得复杂手性分子的单一步骤。非天然生物级联通常通过结合多种酶来设计，每个酶通过底物活化的特定机制催化反应序列的单个步骤。这种多酶系统具有显著的合成潜力，但实施起来并不简单。在实现高选择性的同时，确保反应介质和速率的兼容性通常需要对每个酶进行蛋白质工程化改造。
因此，开发基于单个酶的生物芯片工艺是非常可取的，该酶可以通过多键形成耦合简单底物并控制多个立体中心。这种一锅一催化剂系统将提供一种更直接的方法来进行生物级联，但这一策略需要鉴定一种多功能酶，且能够掌握其催化顺序的正交机制。到目前为止，仅有少数单酶级联的例子被报道，其中最显著的是基于元基因组亚胺还原酶，该酶可以依次偶联共轭还原-还原胺化序列来制备对映体纯手性胺。
图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.
近期，ICREA的Paolo Melchiorre课题组报道了一种基于单一多功能酶的生物级联策略，该多功能酶可以通过连续掌握底物活化的不同催化机制来促进多米诺骨牌过程的多个立体选择性步骤。
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具体而言，这项工作使用了一种工程化的4-oxalocrotonate互变异构酶（4-OT），该酶能够形成烯胺和亚胺离子，并将其催化机制以复杂的顺序结合起来。
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多功能4-OT根据不同的机制和激活顺序可以促进两组分反应和三级级联反应。通过这种方法能够活化醛类和烯醛类，以合成不同的对映体环己烯醛。
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参考文献：Enantioselective Biocascade Catalysis with a Single Multifunctional Enzyme
Angew. Chem. Int. Ed.
doi.org/10.1002/ange.202212176
原文作者：Vasilis Tseliou+, Adriana Faraone+, Laura Kqiku, Jan Vilím, Gianluca Simionato, and Paolo Melchiorre*
