A binuclear copper enzyme platform for enantioconvergent radical (pseudo)halogenation

化学 酶 生物催化 铜 激进的 有机化学 催化作用 对映选择合成 立体选择性 立体化学 巨芽孢杆菌 组合化学 烷基 酶催化 电子顺磁共振 区域选择性 胺化
作者
Xiao‐Wang Chen,Oluwatosin Maryam Adeyemo,Heyu Chen,Hongda Chen,Ngoc Nguyen,Joseph Palazzo,Liupeng Zhao,Ken Lin,Binh Khanh Mai,Peng Liu,Shiliang Tian,Yang Yang
出处
期刊: [Cold Spring Harbor Laboratory]
标识
DOI:10.64898/2026.09.20.753013
摘要

Despite their intriguing native metalloenzymology, naturally occurring copper enzymes remain largely underexploited for new-to-nature biocatalytic reactions. Herein, we report the systematic investigation and reprogramming of natural copper enzymes to catalyze unnatural free radical (pseudo)halogenation reaction in a highly enantioselective fashion. Evaluating Cu enzymes in the decarboxylative azidation of redox-active esters revealed activity across multiple Cu enzyme families, with type III binuclear Cu enzymes, particularly the Bacillus megaterium tyrosinase ( Bm Tyr), exhibiting superior activity and enantioselectivity across both stabilized and unstabilized alkyl radicals upon further engineering. The strong halide binding affinity of the binuclear Cu system also enabled challenging enantioconvergent bromination, chlorination and isothiocyanation reactions, which remained inaccessible to repurposed nonheme Fe enzymes. Further EPR and UV– visible spectroscopic analyses confirmed the coupled binuclear nature of wild-type and engineered bacterial tyrosinases and provided insights into the origin of their enhanced activity. Collectively, this study establishes binuclear copper enzymes as a powerful platform for new-to-nature stereoselective radical reactions, expanding the scope of metalloenzyme catalysis beyond mononuclear systems.
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