2022年9月21日，西北大学化学与材料科学学院陈希教授与华中科技大学吴钰周教授，钟芳锐教授合作，在Nature主刊在线发表文章“Enantioselective [2+2]-cycloadditions with triplet photoenzymes”,原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-05342-4。这项工作是酶催化光化学领域的关键性突破。他们将三线态能量转移这一典型的光催化模式整合到蛋白质中，通过基因重新编程，将功能改性的非天然氨基酸插入蛋白质，创造出含有三线态光敏剂的人工光酶，成功催化吲哚衍生物的分子内[2+2]光激发环加成反应，并且可以实现利用人工光酶与底物分子立体化学的非共价键相互作用控制反应过程[2+2]光激发环加成反应过程中的对映体选择性，实现高达99%e.e对映体选择性。陈希教授团队解析了该人工光酶与底物的复合体晶体结构，揭示了超分子蛋白质腔中的人工三线态光酶能量转移反应活性极大提高和催化高度空间立体选择性的机制：在疏水性蛋白质空腔内，通过π-π堆积作用，光能从非天然氨基酸传导到底物，激活反应。底物和周边氨基酸残基的弱相互作用决定了产物单一手性构象。这项研究工作将化学光敏剂与蛋白质结构相结合，创造了新型“三重态光酶”，丰富了光驱动生物催化的功能和应用范围。同时实现高手性控制，为医药、农药、信息和材料领域的发展提供核心技术支持。

“三重态光酶”的艺术示意图

“三重态光酶”的催化机制