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Halogenases in Biocatalysis: Advances in Mechanism Elucidation， Directed Evolution， and Green Manufacturing
WANG Mingpeng, CHEN Lei, ZHAO Yiran, ZHANG Yimin, ZHENG Qifan, LIU Xinyang, WANG Yixue, WANG Qinhong
Synthetic Biology Journal    DOI: 10.12211/2096-8280.2024-091

Fig. 17 Representative research progress in the field of halogenase research
Extracts from the Article
当前，卤化酶研究领域已取得许多显著进展（图17），包括酶库容量的不断增长，催化性能的持续改善，反应机制的逐步揭示以及应用范围的大幅扩展，在药物合成、染料制备及有机化工等领域展现出独特潜力。
当前，卤化酶研究领域已取得许多显著进展（图17），包括酶库容量的不断增长，催化性能的持续改善，反应机制的逐步揭示以及应用范围的大幅扩展，在药物合成、染料制备及有机化工等领域展现出独特潜力. ...
Protein scaffold-mediated multi-enzyme self-assembly and ordered co-immobilization of flavin-dependent halogenase-coenzyme cycle system for efficient biosynthesis of 6‐Cl‐L‐Trp
3
2025
... 近年来，新的天然卤化酶及其工程化策略不断被发现和开发，代表了卤化酶改造领域的最新研究进展（表3）［81，99-103］. ...

当前，卤化酶研究领域已取得许多显著进展（图17），包括酶库容量的不断增长，催化性能的持续改善，反应机制的逐步揭示以及应用范围的大幅扩展，在药物合成、染料制备及有机化工等领域展现出独特潜力. ...
The single-component flavin reductase/flavin-dependent halogenase AetF is a versatile catalyst for selective bromination and iodination of arenes and olefins
1
2022
... Lewis课题组一直致力于FDHs的定向进化及其在合成应用方面的研究.在过去的几年里，该研究小组针对RebH卤化酶构建了一系列突变体［124］，并确定改造后的RebH可以催化包括去对称化反应、阻转选择性卤化和卤代环化反应在内的对映选择性反应（表4），其多样化的卤化产物为后续复杂分子的有机合成提供了丰富的骨架结构［125-127］.最近研究了单组分黄素依赖的卤化酶AetF的催化性能［128］.该酶不仅能选择性地对多种芳香族底物进行位点选择性的溴化和碘化，还能实现含有侧链羧酸或醇取代基的苯乙烯的对映选择性溴内酯化和碘醚化［129］.进一步研究表明，AetF能够催化多种1，1-二取代苯乙烯的卤化，通常具有较高的立体选择性［130］.此外，AetF还能卤化末端炔烃，尽管其催化效率低于JamD和MCE9［131］.通过突变体活性测试和氘同位素效应分析，研究支持了AetF通过共价催化机制实现炔烃卤化的假说.这些发现显著拓展了FDH催化的适用范围，并揭示了AetF在生物催化中的独特功能. ...
Expanding the reactivity of flavin-dependent halogenases toward olefins via enantioselective intramolecular haloetherification and chemoenzymatic oxidative rearrangements
1
2022
... Lewis课题组一直致力于FDHs的定向进化及其在合成应用方面的研究.在过去的几年里，该研究小组针对RebH卤化酶构建了一系列突变体［124］，并确定改造后的RebH可以催化包括去对称化反应、阻转选择性卤化和卤代环化反应在内的对映选择性反应（表4），其多样化的卤化产物为后续复杂分子的有机合成提供了丰富的骨架结构［125-127］.最近研究了单组分黄素依赖的卤化酶AetF的催化性能［128］.该酶不仅能选择性地对多种芳香族底物进行位点选择性的溴化和碘化，还能实现含有侧链羧酸或醇取代基的苯乙烯的对映选择性溴内酯化和碘醚化［129］.进一步研究表明，AetF能够催化多种1，1-二取代苯乙烯的卤化，通常具有较高的立体选择性［130］.此外，AetF还能卤化末端炔烃，尽管其催化效率低于JamD和MCE9［131］.通过突变体活性测试和氘同位素效应分析，研究支持了AetF通过共价催化机制实现炔烃卤化的假说.这些发现显著拓展了FDH催化的适用范围，并揭示了AetF在生物催化中的独特功能. ...
Selective C-H halogenation of alkenes and alkynes using flavin-dependent halogenases
1
2024
... Lewis课题组一直致力于FDHs的定向进化及其在合成应用方面的研究.在过去的几年里，该研究小组针对RebH卤化酶构建了一系列突变体［124］，并确定改造后的RebH可以催化包括去对称化反应、阻转选择性卤化和卤代环化反应在内的对映选择性反应（表4），其多样化的卤化产物为后续复杂分子的有机合成提供了丰富的骨架结构［125-127］.最近研究了单组分黄素依赖的卤化酶AetF的催化性能［128］.该酶不仅能选择性地对多种芳香族底物进行位点选择性的溴化和碘化，还能实现含有侧链羧酸或醇取代基的苯乙烯的对映选择性溴内酯化和碘醚化［129］.进一步研究表明，AetF能够催化多种1，1-二取代苯乙烯的卤化，通常具有较高的立体选择性［130］.此外，AetF还能卤化末端炔烃，尽管其催化效率低于JamD和MCE9［131］.通过突变体活性测试和氘同位素效应分析，研究支持了AetF通过共价催化机制实现炔烃卤化的假说.这些发现显著拓展了FDH催化的适用范围，并揭示了AetF在生物催化中的独特功能. ...
Enzymatic halogenation of terminal alkynes
1
2023
... Lewis课题组一直致力于FDHs的定向进化及其在合成应用方面的研究.在过去的几年里，该研究小组针对RebH卤化酶构建了一系列突变体［124］，并确定改造后的RebH可以催化包括去对称化反应、阻转选择性卤化和卤代环化反应在内的对映选择性反应（表4），其多样化的卤化产物为后续复杂分子的有机合成提供了丰富的骨架结构［125-127］.最近研究了单组分黄素依赖的卤化酶AetF的催化性能［128］.该酶不仅能选择性地对多种芳香族底物进行位点选择性的溴化和碘化，还能实现含有侧链羧酸或醇取代基的苯乙烯的对映选择性溴内酯化和碘醚化［129］.进一步研究表明，AetF能够催化多种1，1-二取代苯乙烯的卤化，通常具有较高的立体选择性［130］.此外，AetF还能卤化末端炔烃，尽管其催化效率低于JamD和MCE9［131］.通过突变体活性测试和氘同位素效应分析，研究支持了AetF通过共价催化机制实现炔烃卤化的假说.这些发现显著拓展了FDH催化的适用范围，并揭示了AetF在生物催化中的独特功能. ...
Controllable multi-halogenation of a non-native substrate by SyrB2 iron halogenase
1
2024
... 多卤化官能团在天然产物和药物中具有广泛存在，但选择性多卤化非活化C-H键仍面临挑战.NHFe/αKGHs为解决这一问题提供了新思路.Wilson等［132］利用SyrB2酶催化非天然底物α-氨基丁酸（Aba）的卤化，成功合成了单氯、二氯和三氯产物.特别值得注意的是，三氯产物的产量达到前所未有的数量级.这项研究还证实了SyrB2在多溴化反应中的应用潜力，并揭示了底物C-C键在催化位点的转动自由度对控制卤化程度的关键作用.这些结果表明，NHFe/αKGHs在多位点C-H功能化方面具有重要应用前景. ...
Unspecific Peroxygenase (UPO) can be Tuned for Oxygenation or Halogenation Activity by Controlling the Reaction pH
1
2024
... 非特异性过氧酶（UPOs）因其高稳定性和高活性，已成为选择性氧化反应领域的重要工具.与之结构相似的氯过氧化物酶（CPO）提示了UPOs可能具有卤化功能.Barber等［133］研究证明，通过调节pH值可控制UPO的卤化或氧化选择性.在pH 3.0和6.0条件下，分别实现了芳香化合物（如百里香酚）的溴化和氧化.该系统在100 mg制备规模下实现了60-72%的溴化产物收率.在4-乙基苯甲醚的溴化-氧合级联反应中，通过中途调节pH值（从3.0调整至6.0），成功合成了溴化-氧合产物1-（3-溴-4-甲氧基苯基）乙醇和3-溴-4-甲氧基苯乙酮，总转化率达到82%. ...
A collaborative journey towards the late-stage functionalization of added-value chemicals using engineered halogenases
1
2023
... 制药企业在工业生物催化技术发展中表现出强烈的前瞻性.早在2017年，诺华公司（Novartis AG）和先正达公司（Syngenta AG）便与苏黎世应用科学大学生物催化能力中心（CCBIO）展开合作，共同探索卤化酶工程改造在农业化学品及药物分子骨架卤化中的应用潜力［134］.近年来，酶促卤化技术的研发已成为化工、印染、农化等各个领域的关键技术需求.通过持续的基础研究积累，卤化酶技术取得了显著进展，部分研究成果展现出良好的工业化应用前景，相关技术的具体应用案例及关键数据分析如表5所示. ...
Fermentative production of halogenated tryptophan derivatives with Corynebacterium glutamicum overexpressing tryptophanase or decarboxylase genes
1
2022
... Recent cases and key data related to the potential industrial application of halogenases
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