Las monooxigenasas del citocromo P450 participan ampliamente en la síntesis y el metabolismo de sustancias endógenas y exógenas en los organismos vivos. La eficacia catalítica de la monooxigenasa del citocromo P450 depende de la coenzima NAD(P)H y de las proteínas chaperonas reductoras.
La estrategia basada en moléculas pequeñas de doble función (DFSM) puede convertir la monooxigenasa P450 en peroxigenasa, lo que evita la utilización de la costosa coenzima y las complicadas proteínas chaperonas. Sin embargo, se requiere un exceso de DFSM debido a su baja afinidad de unión por P450, lo que limita su aplicación práctica.
Para resolver este problema, investigadores del Instituto Qingdao de Bioenergía y Tecnología de Bioprocesos (QIBEBT) de la Academia China de Ciencias (CAS) han desarrollado un módulo similar a un cofactor proximal estructuralmente editable para construir una peroxigenasa artificial de doble centro.
El estudio fue publicado en la Angewandte Chemie International Edition. el 27 de octubre.
Los investigadores construyeron una peroxigenasa artificial de doble centro anclando un cofactor orgánico editable a la posición proximal del centro hemo de P450BM3 como centro cocatalítico. La estructura cocristalina de P450BM3 en complejo con el nuevo cofactor artificial reveló claramente un estado precatalítico en el que el cofactor participaba en H2 O2 activación, facilitando así la actividad peroxigenasa.
En comparación con los DFSM anteriores, los nuevos cofactores artificiales podrían formar más enlaces de hidrógeno e interacciones hidrófobas con la enzima, lo que sugiere una afinidad de unión mucho mayor. Además, las constantes de disociación (Kd) de los nuevos cofactores se determinaron con precisión mediante valoraciones. Los valores de Kd de algunos cofactores artificiales aumentaron en tres órdenes de magnitud y fueron comparables a la eficiencia de unión de los cofactores enzimáticos naturales.
Las mediciones de la actividad enzimática mostraron que incluso con la adición de sólo una pequeña cantidad de nuevos cofactores artificiales (el doble de la cantidad de enzima), el sistema aún exhibía una alta actividad catalítica para reacciones típicas de oxidación de la enzima P450, como la epoxidación de olefinas, la hidroxilación de carbonos sp3 y oxidación de tioéter.
Además, los investigadores descubrieron que diferentes grupos catalíticos, como imidazol, piridina o amina, tenían actividad catalítica y selectividad divergentes para los sustratos. Por lo tanto, se seleccionarían diferentes tipos de nuevos cofactores en función de las propiedades de los sustratos para lograr el efecto catalítico óptimo en futuras aplicaciones.
Más información: Xiangquan Qin et al, Imagen de portada:Anclaje de un módulo similar a un cofactor proximal estructuralmente editable para construir una peroxigenasa artificial de doble centro, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202315458
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
