Directed evolution of cytochrome c for carbon–silicon bond formation: Bringing silicon to life

催化作用 碳纤维 血红素 化学 聚合物 材料科学 组合化学 纳米技术 有机化学 复合数 复合材料
作者
S. B. Jennifer Kan,Russell D. Lewis,Kai Chen,Frances H. Arnold
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:354 (6315): 1048-1051 被引量:568
标识
DOI:10.1126/science.aah6219
摘要

Enzymes that catalyze carbon-silicon bond formation are unknown in nature, despite the natural abundance of both elements. Such enzymes would expand the catalytic repertoire of biology, enabling living systems to access chemical space previously only open to synthetic chemistry. We have discovered that heme proteins catalyze the formation of organosilicon compounds under physiological conditions via carbene insertion into silicon-hydrogen bonds. The reaction proceeds both in vitro and in vivo, accommodating a broad range of substrates with high chemo- and enantioselectivity. Using directed evolution, we enhanced the catalytic function of cytochrome c from Rhodothermus marinus to achieve more than 15-fold higher turnover than state-of-the-art synthetic catalysts. This carbon-silicon bond-forming biocatalyst offers an environmentally friendly and highly efficient route to producing enantiopure organosilicon molecules.
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