【研究进展】

    科技日报讯 （实习记者宋迎迎 通讯员王曦翎 丛志奇）2月6日，科技日报记者从中国科学院青岛生物能源与过程研究所（以下简称青岛能源所）获悉，该所单碳酶催化研究组首次开发出工程化P450硝化酶，成功实现了不饱和烃的直接硝化，进而通过晶体学研究和自由基捕获与控制实验，揭示了直接硝化反应机理。相关研究成果近日在线发表于国际期刊《德国应用化学》。

    硝基化合物作为一种高附加值的化工中间体，在医药、农药、炸药等领域均有广泛应用。目前工业硝化具有产物选择性差、环境污染严重以及反应条件苛刻等多种缺陷。而自然界已知的硝化酶仅有N-加氧酶、过氧化物酶和细胞色素P450酶，且普遍存在催化效率低、底物谱窄和产物区域选择性差等不足，远远不能满足工业应用的需求。因此开发新型生物硝化酶具有重要意义。

    近年来，青岛能源所单碳酶催化研究组在国际上首次提出双功能小分子（DFSM）协同P450酶催化概念，成功构建了人工P450过加氧酶催化体系，实现了气态烷烃分子的选择羟化、苯乙烯的高度R—对映选择性环氧化、碳—氢键区域和立体多样性选择羟化。此外，该研究组利用酶化学机制指导的蛋白质工程策略，成功开发出双功能分子协同P450催化的过氧化物酶新功能。

    研究人员在上述工作基础上，运用酶工程技术，通过在氧化反应中起关键作用的氨基酸位点引入空间位阻效应，阻止底物靠近活性中心发生过加氧反应，强化其过氧化物酶功能，首次开发出工程化P450硝化酶，成功实现了不饱和烃的直接硝化。通过叠加底物口袋关键位点突变，使底物谱范围覆盖19个芳香化合物和9个末端芳基烯烃化合物，获得了迄今为止催化效率最高、底物范围最广的人工P450硝化酶。