世界著名化学家

Frances H. Arnold

Frances Hamilton Arnold、1956年7月25日-、美国的合成生物学家・生物化学家・生物工程学家。加州理工学院教授。(照片来自:Twitter)

由于指向进化法的开发、获得了2018年诺贝尔化学奖。


经历

1979 普林斯顿大学 毕业
1986 加州大学伯克利分校 博士学位
1986 加州大学伯克利分校 博士后研究员
200x 加州理工学院 Dick and Barbara Dickinson Professor
2005 Gevo, Inc. 合伙人

获奖经历

2011 Charles Stark Draper prize
2013 National Medal of Technology and Innovation
2014 National Inventors Hall of Fame
2016 Millennium Technology Prize
2017 Raymond and Beverly Sackler Prize in Convergence Research
2017 Society of Women Engineers’ 2017 Achievement Award

2018 诺贝尔化学奖

研究概要

定向进化法的先驱之一。研究方向为以蛋白质工程技术为基础,创造出由于自然界的功能性蛋白质・生物系。自然界中存在的天然细胞色素酶具有氧化有机物的能力,而很早以前就在尝试将这些天然蛋白酶用在选择性氧化反应的开发中。另外,对于碳-碳这些比较难氧化的底物来说,天然氧化酶的氧化能力还不够,这方面的研究并没有得到进展。

Arnold利用指向进化法,开发出了更加稳定,并且催化能力更强的氧化酶[2]、通过蛋白质上的氨基酸残基的改变来改变酶的结构,从而对其催化能进行改良,在这方面,Arnold教授作了大量的工作与贡献。近年来,通过改变细胞色素中铁中信金属附近的氨基酸残基,创造出了催化能力大大优于天然型酶的新型酶[1-6]。其中比较著名的是开发出了改良后的P450酶,并且将其运用到了有机化合物的环氧化,碳-硅键的构筑中[5],备受瞩目。

Arnold研究室主页

补充

与其他酶相比,作为氧化酶的细胞色素基本上不稳定,并且其催化能力通常较低。因此,存在催化循环数(TON)受限且不适合有机化学反应的问题。Arnold教授运用指向性进化法使得原本基本没有氧化活性的酶,通过改良后,产生了TON=1000,并且能够稳定存在的氧化酶。

到目前为止已知有200.000种以上的细胞色素P450、按照来源主要分为4个大类(细菌衍生的,线粒体衍生的,微粒体衍生的,自给型)。其中,除了自给型以外,要进行电子转移的话,其他酶或辅酶的参与是必不可少、因此也限制了这些酶的利用。因此,Arnold教授基本上都是运用的氧化还原一体型的BM3等自给型细胞色素P450。

相关文献

  1. Arnold, F. H. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 4143. DOI:10.1002/anie.201708408.
  2. Giver, L.; Gershenson, A.; Freskgard, P.-O.; Arnold, F. H. Proc. Natl. Acad. Sci.1998, 95, 12809. DOI:10.1073/pnas.95.22.12809.
  3.  Coelho, P. S.; Brustad, E. M.; Kannan, A.; Arnold, F. H. Science 2013, 339, 307. DOI:10.1126/science.1231434.
  4.  Chen, K.; Huang, X.; Kan, S. B. J.; Zhang, R. K.; Arnold, F. H. Science 2018, 360, 71. DOI:10.1126/science.aar4239.(
  5. Kan, S. B. J.; Huang, X.; Gumulya, Y.; Chen, K.; Arnold, F. H. Nature 2017, 552. DOI:10.1038/nature24996.
  6. Smith, A. M.; Floerke, V. A.; Thomas, A. K. Science 2016, 354, 1046. DOI:10.1126/science.aah6219.

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LuWenjie

LuWenjie

京都大学药学博士,现某化学企业小职员,化学空间员工副代表,网页小编&翻译。

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