近十年蛋白质设计,尤其是功能酶的设计,已经取得了巨大进步。能阐明天然酶结构与功能的关系,还能够创造出具有潜在应用的人工酶,设计出活性与天然酶相当的人工酶十分艰巨,这不仅需要充分了解天然酶结构和功能的关系,还需要开发新的设计策略。本研究以肌红蛋白(Mb)为模型理性设计出具有愈创木酚催化结合位点的功能性过氧化物酶。在F43Y Mb突变体基础上用Ser替换血红素远端囊袋中的46位Phe(F46S突变体),最终构成双突变体F43Y/F46S Mb的催化效率超过了大多数天然过氧化物酶,并且与活性最高的辣根过氧化物酶活性相当。通过X-射线晶体结构解析、EPR光谱、抑制研究以及分子对接模拟进一步确定了底物结合位点。值得注意的是,该研究报道了一种具有催化结合位点的人工过氧化物酶,并解析了结合底物和不结合底物时的蛋白结构。降解工业染料的方法中,生物降解是一种高效的方法。除了使用天然酶,还可以设计出高效人工酶,但设计一种催化活性可以与天然酶相媲美人工酶十分坚难。前期我们通过在肌红蛋白(Mb)血红素袋中引入Tyr43和Trp138,设计了两代人工脱色过氧化物酶(DyPs),但活性不高;为了提高人工DyP的活性,在蛋白质表面引入Trp(P88W)设计第三代,命名为F43Y/F138W/P88W Mb。第三代人工DyP的催化效率高于各种天然DyP,且与最有效的天然DyP活性相当。活性蓝19(RB19)的ITC滴定和分子对接研究揭示88位Trp在底物结合和氧化中充当催化位点的关键作用。该研究不仅提供了血红素蛋白设计的线索,还表明人工DyP具有潜在的生物修复功能。