2024年10月30日，美国国家科学院院士、中国科学院外籍院士、美国加州大学洛杉矶分校的Kendall N. Houk教授受邀做客第232期大师讲坛，在闵行校区霞光楼200号报告厅为交大师生带来了题为“Computational Investigations of Mechanisms of Catalysis by Novel Enzymes”的精彩报告。
Houk教授首先深入探讨了酶催化理论，包括过渡态稳定化、酶与过渡态的互补性、酶的预组织性以及静电效应。根据他的讲述，我们了解到酶主要通过以下几个方面发挥作用：酶的结构与过渡态在形状和大小上相匹配，从而稳定过渡态；酶与底物之间存在非共价相互作用，如定向偶极子相互作用和静电稳定化作用；酶的动力学效应和动态特性对酶催化也起着重要作用。
接下来，Houk教授转向了计算酶设计这一前沿领域，并结合本课题组的研究介绍了这一领域的发展历程：早期的计算酶设计工作着重于通过修改已知稳定酶的活性位点氨基酸，赋予其新的催化能力。近年来，随着量子力学方法和蛋白质设计技术的结合，科学家们能够更精确地预测和设计酶的活性位点。计算机程序的利用使蛋白质结构预测和设计成为可能，为计算酶设计提供了强有力的工具。最近的研究甚至使用了从头设计的方法，不再依赖于天然蛋白质序列。通过结合深度学习和计算机算法，科学家们能够设计出具有特定催化功能的人工蛋白质，这些设计包括用于特定化学反应的蛋白质支架和活性位点的优化。
最后，Houk教授重点介绍了新型周环反应酶及其机制，尤其是SdnG和BruB这两种酶。SdnG酶催化一个醛与烯烃的环化反应，生成复杂的天然产物。计算研究表明，该反应涉及共价中间体的快速形成和分解，酶与底物的特定相互作用降低了反应的能垒，从而加速了反应。BruB酶则催化多个周环反应，生成复杂的天然产物。计算研究显示，该酶通过稳定过渡态和中间体来加速反应，特定的氨基酸残基与反应物和过渡态之间的相互作用同样降低了反应的能垒。
讲座结束后，Houk教授对现场观众提出的问题进行解答，上海交通大学讲席教授张万斌向Houk教授赠送了精心准备的手工泥人纪念品，以表达交大师生对他的深切感谢和诚挚祝福。