天工所张武元组合作ACS Catal | 蛋白质工程改造非特异过氧合酶实现甾醇与维生素D分子C-H键高效羟基化

学术 2025-01-26 08:34 日本

甾醇和维生素D类分子在调节细胞代谢、维持激素平衡和增强免疫功能等方面发挥重要作用。C25位C-H键的羟基化反应是提高这类分子生物活性的关键步骤，例如，25-羟基胆固醇（抗炎作用）和25-羟基维生素D3（钙磷代谢调节）在体内具有重要生理功能。虽然已有研究可利用P450单加氧酶、钼脱氢酶等催化C25位C-H键羟化反应，但这些酶催化反应普遍存在底物浓度低、酶活性差以及对烟酰类辅酶依赖性强等问题，在实际应用中受到限制。

最近，中国科学院天津工业生物技术研究所张武元研究员带领的生物有机与催化研究团队通过对茶树菇来源的非特异过氧合酶进行蛋白质工程改造，成功获得了两种高效突变体—Stev和Veco。以维生素D3为模式底物，这两种突变体在催化维生素D3向25-羟基维生素D3的转化中酶活性提升了25倍以上，选择性从28%提高至93%。此外，突变体还在其他24种甾醇与维生素D类似物的C25位C-H键羟基化反应中表现出优异的催化性能。最后，研究团队通过分子对接与分子动力学模拟，解析了突变体酶活性和选择性提高的分子基础。本研究不仅提供了一种在温和条件下实现甾醇和维生素D分子C25位高效、高区域选择性羟基化的酶催化方法，还为提升非特异性过氧合酶的工业属性和指导酶工程改造提供了重要的参考。

催化甾醇与维生素D分子转化的酶催化剂创制

该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、天津市合成生物技术创新能力提升行动的支持。相关成果近日发表在国际学术期刊ACS Catalysis。天津工业生物技术研究所博士生黄雅文、结构生物学平台高级工程师张洁为该论文共同第一作者，张武元研究员、刘卫东研究员及宗志友研究员为论文的通讯作者。天津工业生物技术研究所盛翔研究员和科研助理陈富强在分子对接与分子动力学模拟等方面提供了大力支持。

遇见生物合成

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