Cytokrom P450 monooxygenaser är brett involverade i syntesen och metabolismen av endogena och exogena ämnen i levande organismer. Den katalytiska effektiviteten av cytokrom P450 monooxygenas är beroende av koenzymet NAD(P)H och reducerande chaperonproteiner.
Strategin baserad på dubbla funktionella små molekyler (DFSM) kan dölja P450 monooxygenas till peroxygenas, vilket undviker att använda det dyra koenzymet och komplicera chaperoneproteiner. Emellertid krävs överskott av DFSMs på grund av deras låga bindningsaffinitet för P450, vilket begränsar dess praktiska tillämpning.
För att lösa detta problem har forskare från Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) utvecklat en strukturellt redigerbar proximal kofaktorliknande modul för att konstruera ett artificiellt dual-center peroxygenas.
Studien publicerades i Angewandte Chemie International Edition den 27 oktober.
Forskarna konstruerade ett artificiellt dual-center peroxygenas genom att förankra en redigerbar organisk kofaktor till den proximala positionen av hem-centrumet av P450BM3 som ett ko-katalytiskt centrum. Samkristallstrukturen av P450BM3 i komplex med den nya artificiella kofaktorn avslöjade tydligt ett prekatalytiskt tillstånd där kofaktorn deltog i H2 O2 aktivering, vilket således underlättar peroxygenasaktivitet.
Jämfört med tidigare DFSM kan de nya artificiella kofaktorerna bilda fler vätebindningar och hydrofoba interaktioner med enzymet, vilket tyder på en mycket högre bindningsaffinitet. Dessutom bestämdes dissociationskonstanterna (Kd) för nya kofaktorer noggrant genom titrering. Kd-värdena för någon artificiell kofaktor ökade med tre storleksordningar och var jämförbara med bindningseffektiviteten för naturliga enzymkofaktorer.
Enzymaktivitetsmätningar visade att även med tillsats av endast en liten mängd nya artificiella kofaktorer (dubbla enzymmängden) uppvisade systemet fortfarande hög katalytisk aktivitet för typiska P450 enzymoxidationsreaktioner såsom olefinepoxidation, hydroxylering av sp3-kol och tioeteroxidation.
Dessutom fann forskarna att olika katalytiska grupper, såsom imidazol-, pyridin- eller amingrupper, hade divergerande katalytisk aktivitet och selektivitet för substrat. Därför skulle olika typer av nya kofaktorer väljas baserat på egenskaperna hos substrat för att uppnå den optimala katalytiska effekten i framtida tillämpningar.
Mer information: Xiangquan Qin et al, Omslagsbild:Anchoring a Structurally Editable Proximal Cofactor-like Module to Construct an Artificial Dual-center Peroxygenase, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202315458
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
