苯甲醇是一種重要的化工中間品，傳統上用化學法生成苯甲醇的工藝過程繁瑣，且會生成大量污染環境的副產物。苯甲醇的綠色高效生產一直是大家關注的問題。湖北大學生命科學學院、省部共建生物催化與酶工程國家重點實驗室教授李愛濤、陳純琪和郭瑞庭團隊合作，成功解決了這一難題。他們首次解析了萬能酶——細胞色素P450tol及其複合體晶體結構，並基於此構建了一種活性和穩定性均明顯提升的人工融合酶，實現了苯甲醇的高效綠色合成。北京時間2月14日，相關研究成果在線發表於《美國化學學會會刊—·催化》（ACS Catalysis），並被選為封面文章。在前期研究中，李愛濤從甲苯降解菌中鑑定了一種特殊的P450酶，命名為P450tol。它以甲苯為底物，生成專一的產物苯甲醇。這是迄今發現的唯一可以天然催化甲苯生成苯甲醇的酶。然而，P450tol三維結構信息的缺乏，限制了針對P450tol的基礎研究與未來的應用。要改造高效的P450tol，必須揭開酶結構的面紗。2020年5月，郭瑞庭團隊在世界上首次解析了一種自給自足P450酶的全長晶體結構，獲得了廣泛的關注。為此，李愛濤團隊和郭瑞庭團隊展開了合作。在這項研究中，郭瑞庭、陳純琪團隊順利解析了P450tol的空結構以及與底物甲苯及產物苯甲醇的複合體結構。通過這些結構信息，精準的揭示了P450tol由甲苯通過一步反應生成苯甲醇且沒有副產物生成的酶結構與催化機制。他們在P450tol與苯甲醇的複合體結構中看到了類似的現象，只不過苯甲醇的羥基代替甲苯的甲基朝向血紅素中心的鐵離子。研究團隊還觀察到了一個非常有意思的現象，甲苯或苯甲醇並不能將P450tol的活性區完全占據，還有一些多餘的空間。因此，研究人員猜測P450tol或許可以結合比甲苯或苯甲醇更大一些的底物。進一步實驗結果與他們推測的一致，P450tol也可以與一些鹵代甲苯形成複合體，且可以精確的在苄基位發生羥基化反應。所有這些結果都顯示，底物會以有利於反應發生的方式結合併參與反應，這也使酶的反應更精準而高效。為了實現工業應用，尋找天然的自給自足型P450酶或者索性構建高效的自給自足型P450人工融合酶成為科研工作者關注的焦點。受郭瑞庭團隊解析的自給自足型P450酶（CYP116B46）的全長晶體結構啟發，李愛濤團隊將P450tol和CYP116B46的還原酶結構域融合，構建出一個新的自給自足型人工融合酶。P450tol(綠色部分)與CYP116B46(紫紅色部分)融合後的結構示意圖新的酶不論在酶活性、穩定性，還是半衰期方面都獲得了很大的提升，且兩種融合酶具有相似的底物親和力。不僅如此，P450tol-CYP116B46還可以催化丙基苯，形成羥基化產物，其中有些是非常重要的藥物中間體。基於P450tol的三維結構，他們使用蛋白質工程的手段理性設計和改造，使其反應更多的朝向對人類有益的方向發生。2022年3月15-17日，由生物降解材料研究院、TK生物基材料聯合主辦的《中歐科學家生物基與降解材料產業論壇暨國際禁塑替代品展覽會》將在g廣州隆重舉行，邀請中國和歐洲的科學家和企業領袖分享生物基材料、可降解材料、紙製品的相關技術和應用內容。參會嘉賓限1000人，展商限100家，即日起接受報名！
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