Le monoossigenasi del citocromo P450 sono ampiamente coinvolte nella sintesi e nel metabolismo di sostanze endogene ed esogene negli organismi viventi. L'efficienza catalitica della monoossigenasi del citocromo P450 si basa sul coenzima NAD(P)H e sulle proteine chaperone riducenti.
La strategia basata su piccole molecole a doppia funzione (DFSM) può convertire la monoossigenasi P450 in perossigenasi, evitando l'utilizzo del costoso coenzima e complicando le proteine chaperone. Tuttavia, sono necessari DFSM in eccesso a causa della loro bassa affinità di legame per P450, limitandone l'applicazione pratica.
Per risolvere questo problema, i ricercatori dell'Istituto di bioenergia e bioprocessi di Qingdao (QIBEBT) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) hanno sviluppato un modulo simile a un cofattore prossimale strutturalmente modificabile per la costruzione di una perossigenasi artificiale a doppio centro.
Lo studio è stato pubblicato in Angewandte Chemie International Edition il 27 ottobre.
I ricercatori hanno costruito una perossigenasi artificiale a doppio centro ancorando un cofattore organico modificabile alla posizione prossimale del centro eme di P450BM3 come centro co-catalitico. La struttura co-cristallina di P450BM3 in complesso con il nuovo cofattore artificiale ha rivelato chiaramente uno stato precatalitico in cui il cofattore ha partecipato all'H2 O2 l'attivazione, facilitando così l'attività della perossigenasi.
Rispetto ai precedenti DFSM, i nuovi cofattori artificiali potrebbero formare più legami idrogeno e interazioni idrofobiche con l’enzima, suggerendo un’affinità di legame molto più elevata. Inoltre, le costanti di dissociazione (Kd) dei nuovi cofattori sono state determinate accuratamente attraverso titolazioni. I valori Kd di alcuni cofattori artificiali sono aumentati di tre ordini di grandezza e sono paragonabili all'efficienza legante dei cofattori enzimatici naturali.
Le misurazioni dell'attività enzimatica hanno mostrato che anche con l'aggiunta solo di una piccola quantità di nuovi cofattori artificiali (il doppio della quantità dell'enzima), il sistema mostrava ancora un'elevata attività catalitica per le tipiche reazioni di ossidazione dell'enzima P450 come l'epossidazione delle olefine, l'idrossilazione dei carboni sp3 e ossidazione del tioetere.
Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che diversi gruppi catalitici, come i gruppi imidazolico, piridinico o amminico, avevano attività catalitica e selettività divergenti per i substrati. Pertanto, diversi tipi di nuovi cofattori verrebbero selezionati in base alle proprietà dei substrati per ottenere l'effetto catalitico ottimale nelle applicazioni future.
Ulteriori informazioni: Xiangquan Qin et al, Immagine di copertina:Ancoraggio di un modulo simile a un cofattore prossimale strutturalmente modificabile per costruire una perossigenasi artificiale a doppio centro, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202315458
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
