周环反应是一类在反应过程中能形成环状过渡态的协同反应，在天然产物的全合成中经常被用来构建复杂的多环骨架结构。由于该类反应会同时产生多个手性中心，相应的化学催化剂的开发非常困难^[1]。与此同时，在天然产物的生物合成过程中，催化周环反应的酶催化剂常常表现出优良的立体选择性，具有潜在的开发价值。 在开发酶类催化剂的过程中，酶结构信息是分析催化机制、优化反应体系和设计改造方案的基础。因此，通过蛋白质晶体解析获得其精确的三维结构是开发过程中关键的一步^[2-6]。

[4 2]-环加成反应作为周环反应中一大类，越来越多地被许多结构复杂的天然产物的生物合成途径所认识,已经证明来自这些途径的相对少量的酶可以提高环化速率并对反应施加立体化学限制^[7]。虽然这些酶的机械研究才刚刚开始，但最近的研究为理解它们的生物合成作用，催化机制和进化起源提供了新的见解。有自然选择进化过程而产生的生物催化剂,也有许多其他生物催化剂可加速Diels-Alder反应；然而，这些是以各种形式生产的人工选择，如定向进化,计算设计,和免疫选择。

酶催化的Diels-Alder反应，进展已被证明是非常缓慢的。即使可以鉴定生物合成基因簇，所提出的底物的制备经常证明对于测试候选酶的活性和机理研究是困难且耗时的。此外，许多这些酶如LovB,茄病酮合成酶和核黄素合成酶是多功能的，并且似乎催化引发反应，其增加底物对非酶促分子内[4 2]-环加成的敏感性，这使得确定酶加速环加成还是仅用作手性模板的努力复杂化。

甲基转移酶是生物有机体内普遍存在的一种重要酶类，它能催化遗传物质DNA的甲基化，在基因表达及动物生长、发育中起着重要的调控作用；同时，又能催化多种生理过程中间产物的甲基化进而合成或降解生理活性物质。甲基化反应是生物化学中最为重要的反应之一，几乎参与了所有的生命过程。S-腺苷甲硫氨酸(SAM)是生化反应中最为重要的甲基供体，其分子中与硫鎓离子相连的甲基具有较高的亲电性，可以与很多具有亲核活性的生物分子发生S_N2反应实现甲基转移。然而除了作为甲基供体之外，SAM还可以作为一种自由基前体，在SAM自由基酶（Radical SAM enzymes）的四铁四硫簇的还原下，产生一个高度活泼的脱氧腺苷（dAdo）自由基从而引发种类繁多的化学反应。SAM自由基酶目前已经有超过20万个成员，是已知的最大酶家族。这类酶广泛地存在于自然界，参与了核酸修饰，蛋白修饰，辅因子合成和天然产物合成，具有丰富的反应多样性和迷人的化学机制^[8]_。

2017年9月18日，美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）的唐奕（Yi Tang）教授课题组在研究真菌次级代谢产物Leporin B的生物合成过程中，发现并证实了一种S-腺苷甲硫氨酸（SAM）依赖的多功能酶LepI，既能催化杂Diels-Alder反应，又能催化retro-Claisen重排，此外LepI是第一个被报道的可以催化retro-Claisen重排反应的酶。在确证LepI功能的基础上，该课题组对辅因子SAM在酶促反应中的作用机制也进行了相应探究。研究表明，SAM的结构类似物SAH和Sinefungin可以对LepI的功能进行竞争性抑制，从而证实SAM所带的正电荷在LepI所催化的反应中起关键作用。

目前，科研工作者们只发现了少数可以催化周环反应的酶，而其中催化retro-Claisen重排的酶更是从来没有被报道过。令人意外的是，LepI作为氧甲基转移酶的同源蛋白，不仅可以催化杂Diels-Alder反应，还可以催化retro-Claisen重排反应。该工作不仅拓展了我们对SAM依赖酶的功能认知，也让我们对SAM的作用有了新的认识，同时也预示着SAM及依赖SAM的酶在生物新陈代谢中还有更多新的作用和功能等着科学家去发现和探索^[9]。

1912年劳厄(Laue)、弗里德里希(Friedrich)和克里平(Knipping)发现晶体的 X 射线衍射现象^[10]。首先,X射线衍射的发现证实了X射线波动性的内禀特性,是一种短波长的电磁波；其次,这一发现也是晶体具有周期结构的第一个并且是决定性的实验证据。在 X射线与物质相互作用产生衍射这一现象中,”相互作用暠是产生”衍射暠结果的重要前提。人们已经非常清楚,当电磁波的波长与周期结构的客体(光栅等)的周期尺度相当时,电磁波将通过这些周期性的客体产生可以观测的衍射现象,从而可以获得客体的周期结构。X射线衍射现象的发现恰恰证明 X 射线的波长和晶体内原子间距的线度是在一个量级的。劳厄的重要发现除证明X射线的波动性外,还开创了X射线晶体结构分析的新时代，也在传统光学领域引起了革命性变革。在研究可见光的时代,晶体通常被认为是具有各向异性的连续媒质。这就很好地说明了为什么用波长大约为原子间距500到1000倍的可见光波无法获得晶体的原子周期性结构,而短波长的X射线恰好弥补了可见光无法实现的内容。在X射线波段，晶体并非是连续的各向异性介质,而是由具有周期性排列的散射体(电子/原子)组成的。

X射线晶体学（XRD）是一门利用X射线来研究晶体中原子排列的学科。更准确地说，利用电子对X射线的散射作用，X射线晶体学可以获得晶体中电子密度的分布情况，再从中分析获得关于原子位置和化学键的信息，即晶体结构。本课题是通过XRD解析能够催化新型周环反应的类甲基酶结构（含复合物结构），我们希望能够通过研究该酶及其与底物结合的复合物结构来阐释其催化机理，进而实现天然产物生产途径中对酶的改造。

参考文献：

[1]. Hoffmann, R. amp; Woodward, R. B. The conservation of orbital symmetry[J]. Acc. Chem. Res. 1968,1, 17#8211;22 .