细胞色素P450酶（CYPs）是产生包括天然产物、药物代谢产物以及香料和香料化合物等精细化学物质的生物催化剂。然而，P450催化所需烟酰胺辅因子的高成本和它们对额外电子转移蛋白的需求都限制了它们的应用。有鉴于此，University of Adelaide的Stephen G. Bell课题组通过酶的氧激活机制蛋白质工程化改造P450结构中的I-螺旋结构选定的残基，以更接近天然过氧化物酶的残基来提高其过氧化物酶的活性。
图片来源：ACS Catal.
在I-helix的这个区域内产生了两个、四个和六个突变的三个突变体。并且发现谷氨酰胺和谷氨酸残基分别取代天冬氨酸和苏氨酸的双突变体对4-甲氧基苯甲酸的O-去甲基化具有比单一谷氨酸突变体显著提高的过氧酶活性。重要的是，它在较低的H2O2浓度下活性更好，并且可以将所有添加的底物转化为产物。
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此外，所有突变体都保持了CYP酶对4-乙烯基苯甲酸环氧化的立体选择性。
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随后，分析了突变体的X射线晶体结构在I-螺旋中的氧结合槽处显著的结构变化。与4-甲基苯甲酸的晶体反应显示出与4-（羟甲基）苯甲酸代谢产物相对应的电子密度。
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最后，该研究还将这种诱变策略扩展到细菌类固醇羟基化CYP和来自嗜热细菌的未表征的CYP。结果显示，这些具有过氧化物酶的CYP能够在低过氧化氢浓度下催化黄体酮的区域和立体选择性羟基化以及脂肪酸的羟基化。
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原文标题：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
