细胞色素P450血红素硫代单加氧酶是一种功能异常广泛的酶，它能将氧原子插入有机分子的非活性C−H键。通常，P450酶从空气中获得氧气，通过电子转移蛋白从烟酰胺辅因子中获得电子。对昂贵的NAD(P)H辅因子和氧化还原蛋白伴侣的需求可以通过使用过氧化氢（H2O2）驱动催化来替代。有鉴于此，University of Adelaide的Stephen G. Bell组对来自沼泽红假单胞菌HaA2的P450酶CYP199A4的252位苏氨酸突变成谷氨酸（T252E），该突变体会关闭P450酶中的单加氧酶活性，并将其转化为过氧化物酶活性。进一步研究发现，突变体T252E的活性发生这种转换的原因与添加底物后缺乏自旋状态变化有关。
图片来源：ACS Catal.
随后，对该突变体与底物络合晶体结构进行解析，晶体结构显示I-螺旋中的修饰氧结合槽和铁结合水配体均有所保留。配体与谷氨酸残基的相互作用有利于其保留。
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此外，电子顺磁共振实验显示，突变底物结合复合物的血红素铁水配体与标准血红素铁水复合物相比其特征发生了改变。
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与此同时，活性测试显示，突变体T252E对4-甲氧基苯甲酸氧化脱甲基为4-羟基苯甲酸，藜芦酸氧化脱甲基为香草醛酸的过氧化物酶活性显著提高。这种工程化血红素过氧化物酶的详细表征将有助于开发新方法，利用血红素酶进行选择性C−H键活化。
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参考文献：An Altered Heme Environment in an Engineered Cytochrome P450 Enzyme Enables the Switch from Monooxygenase to Peroxygenase Activity
ACS Catal. 2022, 12, 1614−1625
原文作者：Matthew N. Podgorski, Joshua S. Harbort, Joel H.Z. Lee, Giang T.H. Nguyen, John B. Bruning, William A. Donald, Paul V.Bernhardt, Jeffrey R. Harmer, and Stephen G. Bell*
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