非特异性过氧合酶介导苯甲醚氧功能化及其反应产物的多途径转化机制研究

本研究针对木质素解聚产物中芳香醚类化合物价值转化难题，系统评估了30种非特异性过氧合酶（UPOs）对苯甲醚的催化潜力。研究发现UPOs通过芳香羟基化和O-去甲基化双路径产生14种产物，其中抗坏血酸可调控自由基反应并拓宽产物谱。该工作为木质素衍生酚类化合物的定向功能化提供了新策略，对生物催化在绿色化学中的应用具有重要意义。

　　

在可持续化学领域，木质素作为植物细胞壁的主要成分，其解聚产物中富含的芳香醚类化合物具有巨大的转化潜力。然而，传统化学方法存在条件苛刻、选择性差等问题，而生物催化因其绿色高效特性成为研究热点。非特异性过氧合酶（Unspecific peroxygenases, UPOs）作为一类仅需H₂
O₂
作为辅底物的真菌血红素酶，能够催化数百种有机化合物的氧化反应，但其对芳香醚类底物的作用机制尚不明确。

为揭示UPOs在木质素衍生芳香醚转化中的潜力，研究人员以苯甲醚为模型底物，系统研究了30种UPOs（包括Agrocybe aegerita UPO）的催化特性。通过气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）分析发现，这些酶能通过连续四次氧化产生14种产物，主要包括甲氧基苯酚、苯二酚及其醌类衍生物。特别值得注意的是，所有测试的UPOs均能产生愈创木酚和4-甲氧基苯酚，表明芳香羟基化是主要反应路径。研究还发现抗坏血酸作为自由基清除剂可显著改变产物分布，抑制醌类形成并增加痕量产物的检出率。

关键技术方法包括：1）采用GC-FID/MS联用技术进行产物定性与定量分析；2）通过保留指数和质谱数据库比对鉴定未知化合物；3）建立含/不含抗坏血酸的平行反应体系评估自由基清除效应；4）选用AaeUPO对8种中间产物进行级联氧化实验。

研究结果部分：
3.1 苯甲醚
所有UPOs均能催化苯甲醚发生o-/p-羟基化（产物比例因酶而异），其中20种偏好邻位羟基化。检测到4次连续氧化产物羟基-2-甲氧基苯醌，证实UPOs具有强芳香环氧化能力。抗坏血酸使产物种类从3种增至14种，抑制了寡聚化反应。

3.2 选定反应产物的生物转化
AaeUPO对酚类中间体的实验显示：苯酚主要转化为对苯二酚（无抗坏血酸时92%转化为苯醌）；愈创木酚通过去甲基化/羟基化产生2-甲氧基氢醌等5种产物；2-甲氧基氢醌易氧化为醌类，且可被进一步羟基化。

结论与讨论：
该研究首次系统阐明了UPOs催化苯甲醚的多步氧化网络，证明其可通过芳香羟基化和去甲基化双路径实现木质素单体的深度功能化。抗坏血酸的调控作用揭示了自由基介导的副反应对产物分布的影响，为酶工程改造提供了方向。特别值得注意的是，UPOs对甲氧基苯酚的转化效率显著高于传统P450酶，且能催化间位羟基化等非常规反应。这些发现为开发基于UPOs的木质素高值化技术奠定了理论基础，相关成果发表于《Biochemistry and Biophysics Reports》。研究提出的反应路径模型（含4条平行转化路线）不仅解释了复杂产物谱的形成机制，也为设计特定酚类化合物的生物合成路线提供了重要参考。