甾酮异构酶（Ketosteroid Isomerase，KSI）在分支杆菌代谢甾醇积累甾体药物关键中间体（雄甾烯酮等）中起着重要作用，它通过酸碱机制催化甾体母核不饱和5,6-双键到4,5-双键的异构化反应（∆^5,4-异构化）。已有报道表明KSI的活性中心是一个深疏水区域，催化残基D40摄取底物的C4β-质子形成烯醇中间体并将质子转移到C6β上，Y16和D103则与底物或烯醇中间体的氧原子形成氢键以结合底物和稳定中间态。

中国科学院天津工业生物技术研究所朱敦明研究员、吴洽庆研究员带领的生物催化与绿色化工研究团队在甾酮异构酶催化功能多样性及级联反应机制方面取得系列进展。在对KSI催化机理研究中，发现KSI的同源二聚体界面是全新的功能活性位点：异构化反应在单体活性口袋中完成，而加成反应在二聚体界面区域发生，底物中间态在单体活性口袋与二聚体界面之间的动态迁移，揭示了该酶独特的单酶双位点级联催化机制，具有催化功能多样性，可高效催化环烯酮生成同源加成产物与异源加成产物。这一研究成果发表在Nat. Commun.上。四川大学客座博士研究生李雪梅为论文第一作者，天津工生所朱敦明研究员、吴洽庆研究员、冯进辉研究员、盛翔研究员以及四川大学鲍锦库教授为论文的通讯作者。

进一步的研究发现，当反应体系中添加二茂铁时，KSI催化9α-羟基雄甾-4-烯-3,17-二酮（9α-OH-AD）主要生成C6β过氧化物，发现了KSI的过氧化活性；以羟甲基二茂铁为辅因子，KSI有效转化多种甾体化合物为过氧化甾体，转化率为65-95%；反应结束后添加三苯基膦，可实现甾体化合物C6羟基化的高效合成，分离产率最高为65%。此外，KSI还可催化双环烯酮底物直接转化为羟化产物和脱氢产物，为高效合成烯丙位取代的甾体和双环烯酮提供了一种新的可行方案，也为基于异构酶催化过程中所形成的“活性过渡分子态”的新催化反应设计提供了借鉴。最新研究成果发表在ACS Catalysis上。四川大学客座博士研究生李雪梅、天津工生所李梦莎研究助理和刘以银副研究员为论文第一作者，天津工生所朱敦明研究员、吴洽庆研究员、冯进辉研究员以及四川大学鲍锦库教授为论文的通讯作者。

研究中计算、蛋白质晶体和电化学相关研究分别得到天津工生所盛翔、刘卫东和张玲玲研究员团队的大力支持。

以上系列研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和天津市重大科技项目的支持。

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单酶双位点接力完成环烯酮加成反应

二茂铁作为电子介质激活甾酮异构酶的过氧化活性