Cytochroom P450-mono-oxygenasen zijn op grote schaal betrokken bij de synthese en het metabolisme van endogene en exogene stoffen in levende organismen. De katalytische efficiëntie van cytochroom P450-mono-oxygenase is afhankelijk van het co-enzym NAD(P)H en reducerende chaperonne-eiwitten.

De strategie gebaseerd op dual-functionele kleine moleculen (DFSM's) kan P450-mono-oxygenase omzetten in peroxygenase, waardoor het gebruik van het dure co-enzym wordt vermeden en chaperonne-eiwitten ingewikkelder worden. Er zijn echter overtollige DFSM's nodig vanwege hun lage bindingsaffiniteit voor P450, waardoor de praktische toepassing ervan wordt beperkt.

Om dit probleem op te lossen hebben onderzoekers van het Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology (QIBEBT) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) een structureel bewerkbare proximale cofactor-achtige module ontwikkeld voor het construeren van een kunstmatige dual-center peroxygenase.

Het onderzoek is gepubliceerd in Angewandte Chemie International Edition op 27 oktober.

De onderzoekers construeerden een kunstmatige peroxygenase met twee centra door een bewerkbare organische cofactor te verankeren aan de proximale positie van het heemcentrum van P450BM3 als een co-katalytisch centrum. De co-kristalstructuur van P450BM3 in complex met de nieuwe kunstmatige cofactor onthulde duidelijk een prekatalytische toestand waarin de cofactor deelnam aan H₂ O₂ activering, waardoor de peroxygenase-activiteit wordt vergemakkelijkt.

Vergeleken met eerdere DFSM's zouden de nieuwe kunstmatige cofactoren meer waterstofbruggen en hydrofobe interacties met het enzym kunnen vormen, wat een veel hogere bindingsaffiniteit suggereert. Bovendien werden de dissociatieconstanten (Kd) van nieuwe cofactoren nauwkeurig bepaald door middel van titraties. De Kd-waarden van sommige kunstmatige cofactoren waren met drie ordes van grootte verhoogd en vergelijkbaar met de bindingsefficiëntie van natuurlijke enzymcofactoren.

Enzymactiviteitsmetingen toonden aan dat zelfs met de toevoeging van slechts een kleine hoeveelheid nieuwe kunstmatige cofactoren (tweemaal de hoeveelheid enzym), het systeem nog steeds een hoge katalytische activiteit vertoonde voor typische P450-enzymoxidatiereacties zoals olefine-epoxidatie, hydroxylering van sp3-koolstofatomen en thioetheroxidatie.

Bovendien ontdekten de onderzoekers dat verschillende katalytische groepen, zoals imidazol-, pyridine- of aminegroepen, uiteenlopende katalytische activiteit en selectiviteit voor substraten hadden. Daarom zouden verschillende soorten nieuwe cofactoren worden geselecteerd op basis van de eigenschappen van substraten om het optimale katalytische effect in toekomstige toepassingen te bereiken.

Meer informatie: Xiangquan Qin et al, Omslagafbeelding:Een structureel bewerkbare proximale cofactor-achtige module verankeren om een ​​kunstmatige dual-center peroxygenase te construeren, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202315458

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen