第一作者：Renee Otten, Ricardo A. P. Pádua, H. Adrian Bunzel通訊作者：Dorothee Kern，Donald HilvertKemp消除反應：苯并噁唑及其衍生物在堿催化作用下生成水楊腈的反應稱為Kemp消除反應，以MIT教授Daniel Kemp發現和命名。Kemp消除反應是一類重要的有機合成反應, 通常用來合成一些藥物, 如異噁唑基藥品的中間體。有鑒于此，布蘭迪斯大學Dorothee Kern、蘇黎世聯邦理工學院Donald Hilvert等報道了通過NMR表征、晶體學、停流技術對酶結構進行設計，實現了能夠催化氫轉移反應的酶結構。發現Kemp酶通過對蛋白骨架組裝過程調控，催化反應速率提高了近十億倍。考察了Kemp消除反應（Kemp elimination reaction）過程中Kemp消除酶在不同溫度（10~40 ℃）、不同pH（pH 4、7、9）酸/堿性環境中NMR變化情況，催化反應速率，揭示了反應構象的變化和催化活性的關系，從而給出了酶反應中失活過程的變化情況。發現Kemp消除酶的失活是由于形成無催化活性的折疊構象導致，通過原位表征了Kemp酶從活性向失活變化過程，通過X射線晶體學解析Kemp消除酶活性結構、失活結構，并給出了Kemp消除酶的催化反應機理，對催化反應動力學、過渡態進行研究。酶結構中提高催化性能的相關手段：敲除蛋白結構中沒有反應活性的組分，提高酶對過渡態結構的穩定作用，有效的改善了堿催化劑和底物的相互作用。此外，進一步的通過消除無反應活性構象過渡態結構，改善了催化反應動力學。Donald Hilvert教授是美國藝術與科學院院士，酶科學領域國際頂尖科學家，蘇黎世聯邦理工學院教授，曾獲Arthur C. Cope學者獎。1978年于布朗大學獲得學士學位，1983年于哥倫比亞大學獲得博士學位，隨后在洛克菲勒大學進行博士后工作。1986-1997年間在Scripps研究所工作，隨后1997年起轉入蘇黎世聯邦理工學院工作。Dorothee Kern教授在馬丁路德·哈勒大學分別獲得學士、碩士、博士學位，隨后在加州大學勞倫斯伯克利國家實驗室進行博士后工作。目前主要研究生物大分子的功能性，對酶催化過程進行時間分辨表征（尺度涵蓋皮秒~數天），結合分子動力學等計算模擬方法揭示生物大分子反應的動態變化過程和規律。https://kernlab-brandeis.github.io/Rebecca Blomberg, Donald Hilvert et. al. Precision is essential for efficient catalysis in an evolved Kemp Eliminase, Nature 2013, 503, 418-421Renee Otten, Ricardo A. P. Pádua, H. Adrian Bunzel, Vy Nguyen, Warintra Pitsawong, MacKenzie Patterson, Shuo Sui, Sarah L. Perry, Aina E. Cohen, Donald Hilvert, Dorothee Kern, How directed evolution reshapes the energy landscape in an enzyme to boost catalysis, Science 2020DOI: 10.1126/science.abd3623https://science.sciencemag.org/content/early/2020/11/18/science.abd3623
