天然酶的令人印象深刻的高轉(zhuǎn)化率部分是由于通過在蛋白質(zhì)結(jié)合腔內(nèi)精確定位而增加選定的少數(shù)氨基酸側(cè)鏈的催化活性?？茖W(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)證明，對于具有非天然催化氨基酸的“設(shè)計(jì)者”酶，這種微調(diào)也是可能的。在Angewandte Chemie期刊中，他們報(bào)道了具有苯胺側(cè)鏈的設(shè)計(jì)酶的實(shí)驗(yàn)室“進(jìn)化”導(dǎo)致具有顯著更高活性的變體。

酶在自然界中催化轉(zhuǎn)化的速度和選擇性是令人羨慕的。為了催化促進(jìn)非自然反應(yīng)，研究人員在計(jì)算機(jī)輔助蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的蛋白質(zhì)框架的幫助下模擬酶。通過重復(fù)達(dá)爾文周期實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的優(yōu)化：1)通過突變的多樣化，2)改進(jìn)的催化劑的鑒定，和3)更有效的酶變體的擴(kuò)增。這允許生產(chǎn)具有非常高活性的設(shè)計(jì)酶。

由格羅寧根大學(xué)(荷蘭)的Clemens Mayer和Gerard Roelfes領(lǐng)導(dǎo)的研究人員現(xiàn)已證明，這種類型的定向進(jìn)化也是一種提高新型設(shè)計(jì)酶的效率的方法：含有氨基酸的酶。不被自然利用。

從乳酸乳球菌(一種用于生產(chǎn)乳制品和酪乳等乳制品的細(xì)菌)開始，研究人員合成了一種含有氨基酸和非生物苯胺側(cè)鏈(氨基苯丙氨酸)的設(shè)計(jì)酶。與游離苯胺一樣，該氨基酸催化醛與肼或羥胺的反應(yīng)，分別制成腙或肟。

為了提高酶的活性，研究人員在苯胺側(cè)鏈附近的氨基酸處產(chǎn)生了具有突變的酶變體。篩選約400個(gè)突變體產(chǎn)生兩個(gè)具有更好活性的候選物，其中一個(gè)進(jìn)行第二輪進(jìn)化。這導(dǎo)致了更有益的突變的發(fā)現(xiàn)。為了識別協(xié)同效應(yīng)，將多個(gè)有利突變組合以產(chǎn)生進(jìn)一步的變體。以這種方式，可以將酶的轉(zhuǎn)化率提高90倍。

研究人員強(qiáng)調(diào)，類似于天然酶，“這種急劇增加的基礎(chǔ)是加強(qiáng)苯胺側(cè)鏈的固有催化活性。我們打算利用這一原理將其他有機(jī)催化劑作為酶的側(cè)鏈并入，并使用定向進(jìn)化將這些轉(zhuǎn)化為高效的設(shè)計(jì)酶，可以快速有效地進(jìn)行合成重要的反應(yīng)，否則只會非常緩慢地進(jìn)行。“