Исследователи раскрывают новый механизм повышения активности деметилазы P450 с помощью инженерных ключевых воротных остатков

Важные новости

Исследователи раскрывают новый механизм повышенной активности деметилазы P450 за счет сконструированных ключевых воротных остатков

Решающие селективные эффекты усиливают деметилирующую активность сконструированной пероксигеназы CYP199A4. Фото: Чжао Панься

Решающим шагом в деградации и использовании лигнина является процесс O-деметилирования мономеров лигнина, которому способствуют O-деметилазы. Современные О-деметилазы сталкиваются с такими проблемами, как ограниченная субстратная специфичность, неясные механизмы реакции и отсутствие шаперонов редуктазы. Поэтому исследование новых О-деметилаз посредством генного анализа и улучшение существующих О-деметилаз посредством белковой инженерии имеют большое значение.

Монооксигеназа цитохрома CYP199A4 из штамма Rhodopseudomonas palustris HaA2 является одним из немногих ферментов цитохрома P450, которые, как известно, катализируют деметилирование производных мономера лигнина. Однако его активность деметилирования зависит от присутствия кофактора никотинамида НАДН и восстанавливающего белка-шаперона.

Команда исследователей под руководством профессора Цун Чжици из Циндаоского института биоэнергетики и биотехнологических технологий Китайской академии наук преобразовал НАДН-зависимый CYP199A4 в пероксигеназу, которая может напрямую использовать H2O2 с помощью инновационной инженерной стратегии, известной как туннелирование H2O2.

Результаты были опубликованы в журнале Chemical Science в мае. 3.

Они также разработали библиотеку мутантных пероксигеназ CYP199A4 для изучения O-деметилирования 21 аналога мономера лигнина. Сконструированная пероксигеназа CYP199A4 показала предпочтение катализировать реакцию в определенных сайтах с впечатляющими скоростями конверсии, которые превосходили или соответствовали таковым у природного субстрата 4-метоксибензойной кислоты.

Исследователи также определили кристаллическую структуру полезного мутанта с высоким разрешением. Структурный анализ показал, что мутировавший фермент с уменьшенными стерическими затруднениями и специфическими гидрофобными остатками демонстрирует повышенное присутствие молекул воды в своем активном центре.

Это предполагает, что молекулы H2O2 могут иметь более легкий доступ к активному центру, подтверждают механизм, с помощью которого определенные аминокислотные остатки модулируют участие H2O2 в реакции.

Кроме того, исследователи использовали классическое молекулярно-динамическое моделирование и передовые методы отбора проб для расчета энергетических барьеров для прохождения H2O2 через туннель.

Мутант F182A продемонстрировал значительно уменьшенный туннельный потенциальный барьер по сравнению с диким типом, что привело к улучшенному транспорту молекул H2O/H2O2 к активному центру гема. Эти результаты дают теоретическое объяснение эффективности инженерной стратегии туннелирования H2O2.

В заключение, это исследование не только дает новое понимание разработки синтетических пероксигеназ P450 для органической трансформации ценных соединений, но и подчеркивает потенциал создания пероксигеназ P450 с помощью туннельной инженерии H2O2. Это нововведение потенциально может расширить применение ферментов P450 в синтетической химии и биологии.

Дополнительная информация: Панся Чжао и др., «Важнейшие гейтирующие остатки управляют» повышение активности пероксигеназы в сконструированной цитохром P450 O-деметилазе, Chemical Science (2024). DOI: 10.1039/D4SC02418D

Информация журнала: Химическая наука

Предоставлено Китайской академией наук

Новости сегодня

Последние новости