芳香胺的氨基氧化反应是制备高值含氮化合物的重要途径，其一电子氧化产物偶氮苯和二电子氧化产物亚硝基苯、硝基苯在医药、染料和食品添加剂等行业具有重要价值。传统的化学催化方法往往面临反应条件苛刻和环境污染等问题，随着多种类型芳胺氧化酶的发掘和改造，虽然国内外多个研究团队在酶促芳胺选择性氧化方面取得了重要进展，但通过精确调控芳胺化合物的氨基自由基反应性，进而实现对不同含氮氧化产物的选择性生成，仍十分具有挑战性。

青岛能源所一碳生物技术研究中心丛志奇研究团队近年来在国际上首次提出了“双功能分子协同P450酶催化”概念，建立了人工P450过加氧酶（peroxygenase）系统，并通过机制指导的蛋白质工程成功开发出双功能分子协同P450催化的过氧化物酶（peroxidase），从而建立了一个完整的非天然P450过氧化酶催化新体系（Acc. Chem. Res. 2024,613）。研究人员还发现通过筛选不同的P450BM3突变体与双功能分子组合，能对烷基苯的多个不同反应位点分别实现区域和立体选择性羟化（Angew. Chem. Int. Ed. 2023,e202215088）。基于这一结果，近期，研究人员通过半理性设计与双功能分子的调控策略相结合，成功开发出多功能P450芳胺氧化酶。其中在N-加氧酶（N-Oxygenase）模式下催化芳胺化合物分别以98%和>99%的选择性生成对应的亚硝基苯和硝基苯；在过氧化物酶模式下，高效生成对应偶氮苯及寡聚体，H₂O₂耦合效率最高可达100%，半制备规模的合成实验展现出本研究的应用潜力。随后的共结晶结构解析和自由基捕捉实验揭示了不同突变酶与双功能分子组合对底物构象调节，进而实现芳胺选择性氧化功能精准切换的关键协同作用。本研究对开发新型多功能芳胺氧化酶具有一定的理论指导意义，为功能含氮化合物的生物合成与转化提供新途径，也拓展了P450酶在化学合成中的应用空间。

图1 双功能分子协同P450过氧化酶实现选择性催化芳胺的多样性氧化

相关工作发表在国际学术期刊《先进科学》（Advanced Science）。青岛能源所陈杰、姚富泉、姜谊平为论文共同第一作者，丛志奇为通讯作者。本研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省泰山学者、青岛能源所自主部署强基计划等项目的大力支持。（文/图 陈杰）

原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202412100