細胞色素P450酶（CYPs）是產(chǎn)生包括天然產(chǎn)物、藥物代謝產(chǎn)物以及香料和香料化合物等精細化學(xué)物質(zhì)的生物催化劑。然而，P450催化所需煙酰胺輔因子的高成本和它們對額外電子轉(zhuǎn)移蛋白的需求都限制了它們的應(yīng)用。有鑒于此，University of Adelaide的Stephen G. Bell課題組通過酶的氧激活機制蛋白質(zhì)工程化改造P450結(jié)構(gòu)中的I-螺旋結(jié)構(gòu)選定的殘基，以更接近天然過氧化物酶的殘基來提高其過氧化物酶的活性。
圖片來源：ACS Catal.
在I-helix的這個區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了兩個、四個和六個突變的三個突變體。并且發(fā)現(xiàn)谷氨酰胺和谷氨酸殘基分別取代天冬氨酸和蘇氨酸的雙突變體對4-甲氧基苯甲酸的O-去甲基化具有比單一谷氨酸突變體顯著提高的過氧酶活性。重要的是，它在較低的H2O2濃度下活性更好，并且可以將所有添加的底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。
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此外，所有突變體都保持了CYP酶對4-乙烯基苯甲酸環(huán)氧化的立體選擇性。
圖片來源：ACS Catal.
隨后，分析了突變體的X射線晶體結(jié)構(gòu)在I-螺旋中的氧結(jié)合槽處顯著的結(jié)構(gòu)變化。與4-甲基苯甲酸的晶體反應(yīng)顯示出與4-（羥甲基）苯甲酸代謝產(chǎn)物相對應(yīng)的電子密度。
圖片來源：ACS Catal.
最后，該研究還將這種誘變策略擴展到細菌類固醇羥基化CYP和來自嗜熱細菌的未表征的CYP。結(jié)果顯示，這些具有過氧化物酶的CYP能夠在低過氧化氫濃度下催化黃體酮的區(qū)域和立體選擇性羥基化以及脂肪酸的羥基化。
圖片來源：ACS Catal.
原文標(biāo)題：Engineering Peroxygenase Activity into Cytochrome P450 Monooxygenases through Modification of the Oxygen Binding Region
原文作者：Matthew N. Podgorski, Jinia Akter, Luke R. Churchman, John B. Bruning, James J. De Voss, and Stephen G. Bell*
ACS Catal. 2024, 14, 7426?7443
