【ACS Catal.】宁波大学张璇/山东大学刘文剑和王子宽：零点能主导铁酶AusE的去饱和选择性

背景：非血红素铁/α-酮戊二酸依赖型酶通过高活性的Fe(IV)=O中间体催化C-H键活化，但通常羟基化在动力学和热力学上更优，而酶如何选择性促进去饱和反应是催化机制研究的关键问题。研究目的：宁波大学张璇副研究员与山东大学刘文剑教授、王子宽研究员合作，以构巢曲霉austinol生物合成途径中的AusE酶为模型，采用分子动力学模拟、QM/MM计算和多参考SDSPT2方法，系统探究其催化preaustinoid A1选择性去饱和的机制。结论：研究表明，反应先由Fe(IV)=O夺取底物C2位氢，随后Fe(III)-OH夺取相邻C1位氢，通过连续两次氢原子转移生成C1=C2双键，而非羟基回弹。零点能效应是决定去饱和选择性的关键因素：C-H键断裂降低了高频振动频率，使去饱和过渡态零点能大幅下降（约3.4 kcal/mol），显著稳定了该路径。蛋白环境通过长程电场进一步抑制羟基回弹。该工作揭示了核量子效应在调控金属酶化学选择性中的核心作用，为理解Fe/αKG依赖型酶反应多样性和设计仿生催化剂提供了新理论依据。