在酶中，蛋白质残基本身携带电荷并产生预组织局部电场（LEF）。这种局部电场可以通过策略性地突变带电和极性残基修饰以产生合理设计的LEF（D-LEF），投射到反应轴上以调节酶的反应性。最近，Shiv Nadar Institution of Eminence的Kshatresh Dutta Dubey课题组利用计算机工程化具有D-LEF的细胞色素P450酶（CYP450），研究了其对聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的降解效果。

图片来源：ACS Catal.

原则上，CYP450支架催化PET降解是通过酯键的氧化裂解实现的。PET降解发生在两个关键步骤中：第一步是由化合物I（Cpd I）引发的常规羟基化反应，第二步是由CYP450酶的预组织LEF驱动的成对羟基部分（gem-hydroxy moiety）的脱烷基。

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生物工程支架的选择是最重要的。因此，该研究首先酶的晶体几何形状计算了三个P450酶CYP450_OleT、CYP450_BSβ和CYP450_GcoA沿PET三聚体的Fe=O和O-C1键的预组织LEF。计算结果表明，所有三种CYP450沿Fe=O的LEF都是负方向的。而P450_GcoA沿O-C1的LEF为-0.08 V/Å，这可能有助于O-C1裂解后羟基化；然而，另外两种酶（CYP450_OleT和CYP450_BSβ）的受益方向相反（0.10和0.12 V/Å）。因此，基于预组织的LEF计算结果，选择P450_GcoA作为最合适的初始支架。

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最终，通过分子动力学模拟，结合基于设计的LEF沿反应轴和结合位点结构，获得了降解PET的P450酶突变体。总之，这项研究直观地了解酶在反应轴方向上的LEF对于为所需反应选择最合适的支架至关重要性。

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原文标题：Designed CYP450 Scaffold That Possesses a Local Electric Field Biodegrades Polyethylene Terephthalate

原文作者：Shakir Ali Siddiqui, Sason Shaik,* and Kshatresh Dutta Dubey*

ACS Catal. 2024, 14, 15108−15122