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《自然—通讯》。
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，由于环张力大、稳定性差，其高效、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。
尤为引人注目的是，通过18O同位素标记实验，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”模式实现在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。该研究不仅阐明了氮杂环丁烷生物合成的分子机制，也为通过理性设计酶结构来实现天然产物的定向修饰与绿色生物制造提供了重要理论基础，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。
图片说明：a.OkaE催化氮杂环丁烷构建与多步连续氧化反应；b.Met–π相互作用网络中的关键残基作为调控反应选择性的分子开关；
华东理工大学刘雪婷教授、上海交通大学闫武鹏副教授、华东理工大学朱国良博士为论文共同通讯作者；华东理工大学博士后王馨叶（现就职于鲁东大学）、华东理工大学博士生喻俊杰、上海交通大学博士生刘通海、海南大学张璇副教授为论文共同第一作者。该研究得到了上海市市级科技重大专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海感染与免疫科技创新中心等项目的资助，并依托上海同步辐射光源完成相关结构数据采集。