中国科学院提出P450酶的隧道工程新策略，实现过加氧酶的高效改造。

　　 P450酶结构中存在连接蛋白表面与活性中心的H₂O分子隧道（water tunnel），研究人员提出通过P450酶的水隧道设计来促进H₂O₂进入其内部血红素活性中心，增强P450过加氧酶的催化活性（图1）。研究人员利用Caver软件预测出P450酶血红素活性中心与溶剂环境之间的水隧道，并基于计算分析，鉴定出可能影响H₂O₂流入活性中心的隧道入口或瓶颈处的氨基酸残基，结合定点突变和多轮反应筛选，成功将两种NADH依赖型P450单加氧酶（CYP199A4和CYP153A_M.aq）改造为工程化P450过加氧酶，工程酶催化活性比野生型酶分别调高183倍和15倍。高分辨率晶体结构分析结果表明：水隧道瓶颈处关键残基的突变可能是H₂O₂更容易进入活性中心的原因，有力支持了最初的假设。此外，将上述策略应用到此前开发的双功能小分子协同P450BM3过加氧酶体系，获得预期产物所需H₂O₂浓度被降低了95%以上、且H₂O₂与产物的耦合效率达到95%。这些实验结果表明：本研究提出的H₂O₂隧道工程有望成为一个将P450单加氧酶改造为过加氧酶的普适性新策略，为新型P450过加氧酶生物催化剂的开发提供了新的思路和工具，有望进一步拓展P450在合成化学和合成生物学中的应用空间。

　　 相关工作近日已在线发表于国际权威期刊Journal of the American Chemical Society《美国化学会志》。青岛能源所博士生赵盼霞和孔繁慧，以及姜谊平博士为论文共同第一作者，丛志奇研究员为通讯作者。本研究得到国家自然科学基金和国家重点研发计划项目的大力支持。（文/图 赵盼霞 孔繁慧 姜谊平 丛志奇）

　　 原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.3c00195

　　 Zhao, P.#, Kong F.#, Jiang Y.#, Qin, X., Tian X., and Cong, Z*. Enabling Peroxygenase Activity in Cytochrome P450 Monooxygenases by Engineering Hydrogen Peroxide Tunnels. J. Am. Chem. Soc. 2023. DOI 10.1021/jacs.3c00195.