穩態強磁場實驗裝置（SHMFF）用戶南京大學黃小強教授團隊，在不對稱電酶催化領域取得新突破：融合二茂鐵甲醇介導的陽極氧化和ThDP依賴酶催化，解鎖了一例非天然的電酶催化動態動力學氧化新體系。為了闡明電化學驅動下ThDP酶活性中心的催化機制及其立體選擇性的來源，團隊依托SHMFF所屬電子順磁共振（Electron?Paramagnetic?Resonance,?EPR）揭示了其電子轉移過程，研究成果發表在Nature?期刊上。

近年來，人工酶和光酶催化等策略的發展，不斷突破生物合成的邊界。另一方面，電化學合成作為化學合成領域快速發展的創新工具，具有廉價、電勢可控和可持續等多重優勢。當前電化學合成與酶催化的結合主要集中在以下兩類（圖1）：通過電化學來實現酶的輔因子再生，繼而實現酶的天然反應；電化學生成的中間體或底物參與后續酶催化天然轉化中（電化學/酶級聯）。然而，如何利用電化學驅動酶催化，去解鎖非天然的新催化模式，仍待突破。

黃小強教授團隊巧妙地融合了二茂鐵甲醇介導的陽極氧化和ThDP依賴酶催化的自由基過程，將連續2次單電子氧化機制引入酶中，并結合定向進化技術理性改造酶的活性位點，成功開發了一例電酶催化非天然轉化（圖1c），開辟了“電驅動酶催化”不對稱合成新方向。

針對該電酶催化體系，團隊利用EPR對其電子轉移機理開展了詳細研究。通過低溫EPR實驗檢測并表征了電酶催化過程中的關鍵自由基中間體，并進一步通過自旋定量方法確定了該自由基中間體的濃度（圖2g）；通過溫度依賴（temperature-dependent）EPR方法和功率飽和（power-saturation）EPR方法進一步確認了催化體系中自由基的來源（圖3）。EPR實驗為證實該催化體系中的自由基中間體的存在和來源提供了關鍵的直接實驗證據。

通過融合電催化和酶催化，成功解鎖了ThDP依賴酶的新催化功能，實現醛到手性羧酸的動態動力學氧化新轉化。該成果開辟了“電驅動酶催化”不對稱合成的新范式，為苯丙酸類藥物的不對稱生物合成提供了新途徑。

南京大學化學化工學院博士研究生趙貝貝和許園園為論文的共同第一作者；黃小強教授為通訊作者。值得一提的是，這也是黃小強教授團隊應用SHMFF的EPR實驗測量系統和方法揭示光酶催化機制（Nature,?2024, 625, 74;?Nature,?2025, 637, 1118;?Nat. Catal.,?2023, 6, 996）之后，利用電化學驅動解鎖酶非天然新催化模式的又一項重要研究成果。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09178-6

圖1. 電酶催化現狀及本文研究

圖2. 催化機理探究

圖3.綜合EPR實驗（溫度依賴和功率飽和實驗）