第一作者：Renee Otten, Ricardo A. P. Pádua, H. Adrian Bunzel通讯作者：Dorothee Kern，Donald HilvertKemp消除反应：苯并噁唑及其衍生物在碱催化作用下生成水杨腈的反应称为Kemp消除反应，以MIT教授Daniel Kemp发现和命名。Kemp消除反应是一类重要的有机合成反应, 通常用来合成一些药物, 如异噁唑基药品的中间体。有鉴于此，布兰迪斯大学Dorothee Kern、苏黎世联邦理工学院Donald Hilvert等报道了通过NMR表征、晶体学、停流技术对酶结构进行设计，实现了能够催化氢转移反应的酶结构。发现Kemp酶通过对蛋白骨架组装过程调控，催化反应速率提高了近十亿倍。考察了Kemp消除反应（Kemp elimination reaction）过程中Kemp消除酶在不同温度（10~40 ℃）、不同pH（pH 4、7、9）酸/碱性环境中NMR变化情况，催化反应速率，揭示了反应构象的变化和催化活性的关系，从而给出了酶反应中失活过程的变化情况。发现Kemp消除酶的失活是由于形成无催化活性的折叠构象导致，通过原位表征了Kemp酶从活性向失活变化过程，通过X射线晶体学解析Kemp消除酶活性结构、失活结构，并给出了Kemp消除酶的催化反应机理，对催化反应动力学、过渡态进行研究。酶结构中提高催化性能的相关手段：敲除蛋白结构中没有反应活性的组分，提高酶对过渡态结构的稳定作用，有效的改善了碱催化剂和底物的相互作用。此外，进一步的通过消除无反应活性构象过渡态结构，改善了催化反应动力学。Donald Hilvert教授是美国艺术与科学院院士，酶科学领域国际顶尖科学家，苏黎世联邦理工学院教授，曾获Arthur C. Cope学者奖。1978年于布朗大学获得学士学位，1983年于哥伦比亚大学获得博士学位，随后在洛克菲勒大学进行博士后工作。1986-1997年间在Scripps研究所工作，随后1997年起转入苏黎世联邦理工学院工作。Dorothee Kern教授在马丁路德·哈勒大学分别获得学士、硕士、博士学位，随后在加州大学劳伦斯伯克利国家实验室进行博士后工作。目前主要研究生物大分子的功能性，对酶催化过程进行时间分辨表征（尺度涵盖皮秒~数天），结合分子动力学等计算模拟方法揭示生物大分子反应的动态变化过程和规律。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
