王斌举教授课题组：全长P450TT酶中的电子转移机制研究

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王斌举教授课题组在全长P450TT酶的电子转移机制研究方面取得进展，相关成果以“Conformational Motion of Ferredoxin Enables Efficient Electron Transfer to Heme in the Full-Length P450TT”为题发表于《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.0c11279）。
        P450酶是多功能的生物催化剂，在天然产物的合成、药物以及异源物质的代谢方面发挥重要作用。由于其良好的催化活性和化学选择性，且具有来源广泛、易改造等优点，P450酶被广泛应用于生物合成。尽管实验和理论计算对P450酶催化机理开展了广泛的研究，其活性物种（Cpd I）生成所涉及的长程电子转移机制仍然是不清楚的。

全长P450TT酶

        最近，第一个全长P450（P450TT）酶结晶结构被实验解析（Zhang et al., Nat. Commun. 2020, 11, 2676），使得研究其中长程的电子转移机制成为了可能。结晶结构（构象1）中，还原域FMN到[2Fe-2S]的距离为7.9埃，而[2Fe-2S]到Heme-Fe的距离为27.9埃。这表明，在结晶构象中，电子从FMN到[2Fe-2S]的传递是有利的，而从[2Fe-2S]到Heme-Fe是不利的。王斌举课题组通过分子动力学模拟和伞状采样的方法，研究发现了另外一个稳定的构象（构象2）。在该构象中，FMN到[2Fe-2S]的距离约为15埃，而[2Fe-2S]与Heme-Fe之间的距离缩短到了大约17埃。与结晶构象相比，电子传递速率提高了10万倍。通过电子传递路径的分析和结构域间的相互作用分析，研究阐明了[2Fe-2S]域与heme域之间的相互作用，并预测了对相互作用以及电子传递起关键作用的氨基酸残基。结构域之间相互作用的分析表明，P450TT酶构象的变化主要由长程的静电相互作用调控：电子转移前，[2Fe-2S]域与heme域的相互作用很强，酶更倾向于构象2；而当电子转移后，域间的长程静电相互作用变弱，酶更倾向于构象1。电子传递路径的分析表明，P450TT酶中的电子传递路径并非只有一条，而是有多条可能的路径。研究揭示了单电子载体[2Fe-2S]的构象转变驱动的长程电子传递，该图像可进一步拓展到其它P450酶以及一氧化氮合成酶中。
       该工作由王斌举教授课题组博士后王展峰完成。研究工作得到国家重点研发计划（批准号：2019YFA0906400）以及国家自然科学基金（批准号：22073077、21933009、21907082）的资助和支持。
       论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c11279


        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。