我们本不该赋予ta太沉重的意义：想淋漓尽致地释放出

生物酶，是具有催化功能的蛋白质。它是生命体中的“精灵”，存在于生物的所有生命活动之中，也是它们赋予了生物的星罗万象和多彩变幻，例如，它们在植物的光合作用发挥重要作用，将二氧化碳神奇地转化为氧气和能量。

细胞色素 P450 酶（CytochromeP450 monooxygenase），则是生物酶中一类比较特殊的氧化酶，可以算是生物酶中的“高阶精灵”。

P450 酶大概就长这样

P450 酶是一类在自然界中广泛存在、以亚铁血红素为反应活性中心、以氧分子为氧化剂的多功能氧化还原酶。它广泛参与生物体中激素等内源性化合物的合成，以及环境污染物等外源性物质的代谢降解。

P450 酶的“特异功能”在于，它们能在温和条件下高选择性地催化惰性 C-H 键羟化、烯烃环氧化、杂原子氧化等多种类型反应。例如，他们可以将“黑乎乎的石油”变成具有使用价值的颜色和香料。因此，P450 酶在生物化工、有机合成等领域也有着巨大的应用潜力。

虽然 P450 酶如此神奇，但在实际应用中它并不能完全自如地释放出体内的“洪荒之力”。这主要是因为，P450 酶在发挥“神力”的时候必须要看辅因子 NAD(P)H 和电子传递链的脸色。这两位才是 P450 酶力量的源泉呢！不过，NADPH 昂贵高冷，电子传递链复杂娇贵，都不好伺候，所以 P450 酶只能保存实力了。

那么，怎样才能让 P450 酶摆脱对 NAD(P)H 和复杂电子传递链的依赖，去充分发挥特殊能力呢？科学家们想到了一个行之有效的方式——利用过氧化氢（H₂O₂）催化。

过氧化氢成本低廉、反应时仅生成水作为副产物，具有环境友好性，因此是 P450 酶最理想的“绿色力量”源泉。但是困难又摆在面前了，绝大多数天然 P450 酶在 H₂O₂ 存在下的活性都很低甚至没有活性，这主要是一般的 P450 酶没有能先天利用 H₂O₂ 的能力。

认识到上述问题之后，科学家们就开始通过定向进化、定点突变等方式对 P450 酶进行了专项训练。但无奈 P450 酶自身的能力有限，虽然经过了很多努力，还是提升不大。

那么，怎样才能使 P450 酶突破天生的限制，以高效利用 H₂O₂ 来催化呢？

最近，中科院青岛能源所研究员丛志奇带领的单碳酶催化研究组，就探索出了一种新的方法。

他们借鉴天然过加氧酶利用 H₂O₂ 的催化机制，将化学直接干预策略与酶分子工程技术相结合，创新性地制造出一个P450 酶的专属“神器“，P450 酶BM3 与这个专属“神器“完美结合，就成为可直接利用 H₂O₂ 的 P450 过加氧酶。

图1 双功能小分子驱动的 P450 过加氧酶和推测的催化机理

那么这个神奇的专属“神器“是什么呢？它就是具有双功能作用的有机小分子。

这个专属“神器”又是如何发挥作用的呢？研究人员在双功能小分子的一端，加上了具有高效利用 H₂O₂ 能力的神奇碎片——咪唑；另一端则加上能与 P450 酶 BM3 完美结合的带有酰基氨基酸的锚定碎片。P450 酶 BM3 与此“神器”结合时，锚定元件就融入到 P450 酶 BM3 “心脏”中，而“咪唑基团”则活化了 H₂O_2， 完成 P450 酶 BM3 的催化氧化。

此专属“神器”的出世，使得 P450 酶利用 H₂O₂ 催化的能力大大提升，通过对该策略的评价可知，配备“神器”的 BM3 对烯烃环氧化、硫醚亚磺化、苄基型羟化等多种反应显示出了目前报道中 P450 酶利用 H₂O₂ 催化的最好活性，能力显而易见。

这一策略不仅赋予了一般 P450 酶利用 H₂O₂ 进行催化氧化的能力，大大拓展了 P450 酶实际应用的范围，而且为拓展 P450 酶神力-开发基于 P450 酶的非天然底物氧化生物催化剂提供了一条新的途。同时，也为通过化学干预手段拓展 P450 酶的催化活性、功能、应用提供了新的思路，具有十分重要的科学意义和潜在的应用价值。