以金属氢化物为活性中间体的过渡金属催化反应，例如不对称氢化、烯烃官能化、碳氢键活化等，在合成化学中意义重大。利用生物催化剂实现金属氢化物类的催化反应对于拓宽生物催化的反应类型很有价值。但是氢负离子中间体在水中不稳定，容易被水质子化而分解产生氢气，所以在酶催化的水相反应中十分罕见。蛋白质的疏水空腔有望稳定住这一活性中间体。该研究工作证明，以锌为活性中心的金属酶碳酸酐酶能够以硅烷为反应底物，活化硅氢键形成氢化锌中间体，再进一步插入羰基实现酮的不对称还原反应，高效率制备手性醇化合物。该研究通过多个机理实验以及计算化学模拟探究了该反应的机理，间接支持了硅烷与氢氧化锌的阴离子交换过程，以及氢化锌中间体的氢负离子插入反应。

该工作的另一个亮点在于探究了有机硅化合物的生物化学反应。硅元素在地壳中丰度极高，但是有机硅化合物在生命体系中非常罕见。探究含硅化合物与蛋白酶的相互作用有望推动含硅药物的研发，甚至解答人类对“硅生命”概念长久以来的好奇心。这一工作证明硅烷这一非天然底物可以在酶催化反应过程中充当高效的还原剂，制备端位氢负离子。该工作为生物催化与分子催化的交叉领域提供了新的研究策略。

季鹏飞研究员为论文的第一作者，加州大学伯克利分校教授、沃尔夫奖得主John Hartwig为论文通讯作者，加州大学伯克利分校教授、蛋白质工程领域专家Douglas Clark为论文共同作者。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41557-020-00633-7

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参考资料

[1] 浙江大学化学系，季鹏飞研究员：碳酸酐酶的非天然催化反应http://www.chem.zju.edu.cn/chemcn/2021/0223/c34751a2251420/page.htm