王斌举课题组：微粒甲烷单加氧酶中氧气活化及催化循环机理研究 -

标题: 王斌举课题组：微粒甲烷单加氧酶中氧气活化及催化循环机理研究 [打印本页]

作者: chandler 时间: 2021-4-6 16:08
标题: 王斌举课题组：微粒甲烷单加氧酶中氧气活化及催化循环机理研究
近日，我院王斌举教授课题组采用多尺度理论计算方法解析了微粒颗粒单加氧酶(pMMO)的催化循环机理，相关研究结果“Deciphering the Oxygen Activation Mechanism at the CuC Site of Particulate Methane Monooxygenase”发表在Nature Catalysis, https://doi.org/10.1038/s41929-021-00591-4。
甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体，其温室效应是二氧化碳的84倍。早在110年前，人们就已经发现自然界中存在甲烷营养菌，其能够在温和条件下催化甲烷至甲醇的转化。然而，由于其结构的复杂性，实验对于微粒甲烷单加氧酶催化机理的研究，尤其是O2的活化机制及其相应的活性中间体的认识尚不清楚。

   基于多尺度理论模拟方法，王斌举课题组研究了在生理还原剂度洛喹诺醇 (DQH2) 作用下的pMMO的催化循环机理。相比于所有之前的理论计算，该模型既能准确描述还原剂对氧气活化的影响，也能准确描述电子转移相关的过程。计算表明O2的活化由DQH2去质子化配位于CuC活性中心所生成的CuC(II)−DQH–物种引发。QM/MM Metadynamics计算明确了O2活化过程中的关键中间体，包括：CuC(II)−O2•–，CuC(II)−OOH– 和H2O2。原位生成的H2O2中间体可进一步被CuC(II)−DQH–活化，形成CuC(II)−O•–活性物种，该活性物种则负责甲烷中C−H键的氧化。该理论研究不仅证实了CuC位点是O2活化的活性中心，而且揭示酚类辅助底物在氧气活化中的重要作用。
   该工作的计算模拟主要由王斌举教授课题组2019级博士生彭炜完成。研究工作得到国家自然科学基金（批准号：22073077、21933009）的资助和支持。
      论文链接：https://www.nature.com/articles/s41929-021-00591-4

   文章来源：厦门大学
   王斌举，厦门大学教授、博导。2012年博士毕业于厦门大学，导师曹泽星教授。随后在以色列希伯来大学从事博士后研究，合作导师为著名理论与计算化学家Sason Shaik教授。2016年于西班牙巴塞罗那大学从事博士后研究，合作导师为糖酶计算领域先驱Carme Rovira教授。王斌举教授，研究领域为水溶液环境下酶催化反应的多尺度理论模拟，主要通过量子化学计算、分子动力学模拟、量子力学/分子力学组合方法、以及从头算动力学模拟等多尺度理论模拟方法揭示金属酶催化机制，特别是O2、H2O2在金属酶中的活化过程及含氧中间体反应性质、电子质子转移微观机理，并设计拓展金属酶应用于非生物催化领域。在JACS, Angew. Chem. Int. Ed., Nat. Commun., ACS Catal., Chem. Sci.等权威期刊发表论文38篇。

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