唯一被证实！上海科学家“首次发现”这一成果，价值显著！|上海市|上海科学家|化学|生物学|课题组

近日，华东理工大学生物工程学院、生物反应器工程全国重点实验室张立新团队刘雪婷课题组，联合上海交通大学闫武鹏副教授课题组，在α-酮戊二酸依赖的单核非血红素铁酶（αKG-NHFe）催化机制研究方面取得重要进展，相关研究成果发表于国际权威学术期刊Nature Communications。

氮杂环丁烷（azetidine）是一类在药物化学中具有重要价值的高张力含氮杂环骨架，可显著改善药物分子的构象刚性和药效学性质。然而，由于其环张力大、稳定性差，高效、可控的合成长期面临挑战。此前报道的生物合成途径中，仅有极少数酶能够构建该结构，且均依赖C–N键闭环反应。

本研究首次发现，来源于真菌的αKG-NHFe酶OkaE能够通过独特的非典型C–C键偶联方式构建该环系，是目前该酶家族中唯一被证实具备此能力的成员。

研究团队通过生物化学、结构生物学与计算化学相结合的多学科交叉策略，系统解析了OkaE的多功能催化特性。研究发现，OkaE不仅能够催化氮杂环丁烷的形成，还可在同一酶体系中连续完成羟化、羧化、环氧化、环裂解等多种氧化反应，将底物转化成多种结构新颖的产物。

机制研究进一步揭示，OkaE活性中心存在一组独特的甲硫氨酸–π（Met–π）相互作用网络，可精确锚定底物构象并调控其相对于金属中心的空间取向。结合晶体结构解析、定点突变实验及QM/MM计算发现，四价铁氧活性中间体FeIV=O在反应启动前发生构象旋转，是决定反应路径走向、实现多功能催化的关键步骤。

尤为引人注目的是，研究首次证实OkaE在单次催化循环中可整合第二分子氧。这种 “双氧参与”模式在αKG-NHFe酶家族中非常罕见，为理解酶催化的复杂性提供了全新视角，对未来高效合成新型药物先导化合物具有显著的潜在应用价值。

张立新团队长期聚焦 “天然药物的高效发现与量产” 研究主线，近年来取得了一系列原创性成果，并在多个国际期刊持续发表重要进展。

张立新，博士，教授，欧洲科学院外籍院士。现任华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室主任。系国家基金委重大仪器、创新群体、国际合作重大、重点项目获得者、国家杰出青年（终评优秀）、“新世纪百千万人才工程”国家级人选、973项目及合成生物学国家重点研发计划首席科学家。

刘雪婷教授课题组以“微生物天然药物的高效发现”为研究主线，致力于利用合成生物学策略合成“非天然”的活性天然产物及生物合成关键酶催化机制研究。本次在Nature Communications发表的成果，是课题组在该领域的又一重要突破。

刘雪婷，博士，教授。研究成果发表SCI论文80余篇，获得授权专利10余件。主持自然科学基金项目、科技部国家重点研发计划项目、十二五“艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治”科技重大专项课题、上海市科委项目传染病国家实验室上海基地培育（一期）等众多科研项目。

这项突破，也是华东理工大学生物工程学院雄厚科研实力的展现。学院现设5个本科专业，其中生物工程、生物技术、生物科学、食品科学与工程4个专业全部入选国家级一流本科专业建设点。学院坚持生物学与工程学相结合的办学理念，突显生物过程工程学科特色，强化专业教学与科研、产业间互动，并为国家培养出以杨胜利院士、李永舫院士、刘昌胜院士为代表的上万名高素质优秀人才。