Enzymkatalyse is een veelbelovende groene oplossing voor de productie van geneesmiddelen, fijne chemicaliën, en biobrandstoffen. Echter, het verkennen van hun katalytische promiscuïteit om de mogelijkheden van enzymen uit te breiden en te verbeteren, blijft een uitdaging.

Een onderzoeksteam onder leiding van Dr. Cong Zhiqi van het Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) paste een strategie voor eiwittechnologie toe om redoxgevoelige residuen te muteren, waardoor het peroxygenasesysteem efficiënte peroxidase kan bereiken werkzaamheid.

De studie is gepubliceerd in ACS Katalyse op 28 juni.

In hun eerdere onderzoek de onderzoekers rapporteerden een unieke H ₂ O ₂ -afhankelijk cytochroom P450-systeem aangedreven door een dual-functional small molecule (DFSM), die een zeer efficiënte peroxygenase-functie vertoonden in plaats van peroxidase-activiteit. "Echter, de katalytische peroxidase-functionaliteit van P450s is nog niet volledig onderzocht, " zei dr. Cong.

Om de katalytische promiscuïteit van het door DFSM gefaciliteerde P450-H . uit te breiden ₂ O ₂ systeem, de onderzoekers analyseerden drie mogelijke katalytische routes in het systeem, en concludeerde dat de intrinsieke competitieve oxidatie van redox-gevoelige residuen de belangrijkste reden kan zijn om de peroxidasefunctie ervan te voorkomen.

Ze identificeerden hotspots van redoxgevoelige residuen, en vervolgens een klein aantal logisch gekozen aminozuren gebruikt om de residuen op de hotspots uit te wisselen.

Na het combineren van meerdere ronde iteratieve mutaties van redox-gevoelige residuen op verschillende locaties, de onderzoekers realiseerden de peroxidasefunctie van het door DFSM gefaciliteerde P450-H ₂ O ₂ systeem met efficiënte één-elektron oxidatie-activiteit naar verschillende substraten. Dit systeem bereikte de beste peroxidase-activiteit van alle tot nu toe gerapporteerde P450's, en wedijverde met de meeste natuurlijke peroxidasen.

De gezamenlijke simulatiestudie met Dr. WANG Binju van de Universiteit van Xiamen toonde de mogelijkheid aan voor de oorsprong van peroxidase-activiteit in de door DFSM gefaciliteerde P450BM3-H ₂ O ₂ systeem van ofwel de verwijdering van de redox-gevoelige residuen om hun competitieve oxidaties te elimineren of de wijziging van de substraatoriëntatie na eiwitengineering.

"De studie biedt nieuwe inzichten en strategieën die relevant zijn voor het uitbreiden van de katalytische promiscuïteit van P450's door de effecten van eiwitmanipulatie en exogene moleculen te combineren, " zei dr. Cong.