细胞色素P450酶催化支链烷烃C-H键羟基化过程中的电子效应和空间效应

《Catalysis Science & Technology》：Electronic and steric factors in C–H bond hydroxylation of branched alkanes by cytochrome P450 enzymes

支链烷烃生物转化中，工程化CYP102A1突变体（如R47L/F87V/L188Q/I259M）显著提升三级及邻位次级C-H键羟基化区域选择性，计算模拟显示活性位点结合能而非单纯C-H键解离能是决定区域选择性的关键因素，结构互补性共同调控羟基化位点和速率。

　　

支链烷烃是原油的关键成分，在石油工业的生物转化过程中存在诸多挑战。在这项研究中，我们深入探讨了由Priestia megaterium中的CYP102A1酶催化的支链烷烃（C6–C8）的羟基化反应。我们设计了一系列CYP102A1突变体，并通过NADPH氧化和GC-MS分析研究了它们的催化特性。值得注意的是，四重突变体R47L/F87V/L188Q/I259M对三级碳氢键及相邻的二级碳氢键表现出极高的区域选择性。计算模拟（对接和分子动力学模拟）表明，决定区域选择性的关键因素是底物在活性位点的结合能，而不仅仅是碳氢键的解离能。我们的研究揭示，羟基化的位置和速率不仅取决于碳氢键的能量，还取决于底物与酶之间的结构互补性。