ACS Catal：细胞色素P450环氧化反应机理研究

纳米技术

2021-02-02

细胞色素P450 (CYP)族血红素单氧化酶通常能够用于对映选择性羟基化反应、环氧化反应。环氧化反应通常被认为是通过多种反应机理和多种反应中间体过程，有鉴于此，昆士兰大学Elizabeth H. Krenske、James J. De Voss，阿德莱德大学Stephen G. Bell等报道了通过反应性、光谱学、结构、分子动力学研究，对CYP199A4细菌酶进行4-乙烯基苯甲酸的环氧化反应情况进行表征，能够以220 nmolnmol-CYP^-1 min^-1速率进行反应，在合成(S)-环氧化物过程中实现99 % ee选择性。

本文要点：

（1）

通过光学、ESR光谱学、还原电势表征方法，对结合在CYP199A4上的4-乙烯基苯甲酸的晶体结构进行表征，发现在含有催化剂底物的血红素中心上的溶液配体部分保留，从而导致反应活性比4-甲氧基苯甲酸的去甲基化反应低20 %。

（2）

通过对酸-醇结构对（D251/T252）上诱变，从而干扰反应中含氧中间体的生成过程，对环氧反应机理过程进行研究。T252A变体能够提高催化反应转化数，但是导致产生非偶联反应过程进行相似反应速率的生成H₂O₂。当进行D251N变体，环氧化反应的催化活性能够发生显著降低。反应中环氧化反应的化学/区域选择性在变体化过程中得以保持。

（3）

作者通过分子动力学模拟方法对该反应中实现的较高(S)-对映产物选择性进行研究，发现当烯烃、反应活性中间体的结构趋近环氧化反应的过渡态结构，烯烃能够更多的靠近铁氧簇单元位点。

参考文献

Tom Coleman, Alicia M. Kirk, Rebecca R. Chao, Matthew N. Podgorski, Joshua S. Harbort, Luke R. Churchman, John B. Bruning, Paul V. Bernhardt, Jeffrey R. Harmer, Elizabeth H. Krenske*, James J. De Voss*, and Stephen G. Bell*, Understanding the Mechanistic Requirements for Efficient and Stereoselective Alkene Epoxidation by a Cytochrome P450 Enzyme, ACS Catal. 2021, 11, 1995–2010

DOI: 10.1021/acscatal.0c04872

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c04872