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单碳酶催化研究组

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简介

单碳酶催化研究组长期从事酶化学生物学与合成生物学相关领域研究,聚焦酶工程和生物催化方向的酶化学机制与酶分子设计等关键科学问题,系统开展了独具特色的原创性研究。在国际上首次提出双功能分子协同P450酶催化新概念,构建了人工P450过加氧酶催化体系,并已应用于手性药物分子合成,开创了利用外源小分子干预酶催化过程、调控酶催化功能的新策略,有望作为蛋白质工程技术的有益补充,成为人工酶分子设计的有力工具。最近,团队又提出过氧化氢通道工程的工程化P450过加氧酶新方法,成功将NADH依赖型P450单加氧酶转化为过加氧酶,并大大降低P450过加氧酶体系中过氧化氢有效用量,有望为人工P450过加氧酶开发出普适性的酶工程新策略。

研究组人员包括正研1名、副研1名、助研2名、科研助理3名、博士生4名、硕士生6名,涵盖生物化学与分子生物学、生物工程、微生物学、药物化学、有机合成等多学科背景。研究组人员包括正研1名、副研1名、助研2名、科研助理3名、博士生4名、硕士生6名,涵盖生物化学与分子生物学、生物工程、微生物学、药物化学、有机合成等多学科背景。团队目前已与荷兰代尔夫特理工大学、德国杜塞尔多夫大学、奥地利格拉茨大学、日本名古屋大学,山西大学,厦门大学、中科院天工所等多个国内外相关领域知名研究小组建立了广泛的实质性合作。

(研究组原网站:http://congzq.qibebt.ac.cn/


研究课题

研究所自主部署强基计划,新型P450酶创制与反应,QIBEBT/SEI/QNESL S202302,2023.05.01- 2026.12.31,500万

科技部国家重点研发计划,生物基单体制备关键技术,2022YFC2104701,2023.01.01- 2025.12.31,95.5万

国家自然科学基金面上项目,基于过氧化氢隧道工程的类固醇羟化P450过加氧酶的理性设计与分子机制研究,32371311,2024.01.01- 2027.12.31,50万

国家自然科学基金面上项目,高稳定性P450过加氧酶的分子基础与进化设计,21977104,2020.01.01- 2023.12.31,66万

国家自然科学基金面上项目,理性设计P450甲烷单加氧酶及其分子机理研究,21778060,2018.01.01- 2021.12.31,65万

青岛市创新领军人才项目,基于细胞色素P450酶的生物医药开发,18-1-2-9-zhc,2018.01.01- 2020.12.31,100万

国家自然科学基金青年项目,催化烯烃直接硝化的P450过氧化物酶的分子设计与反应机制研究,22307125,2024.01.01- 2026.12.31,30万

国家自然科学基金青年项目,晶体结构指导的新型人工P450过加氧酶辅因子的半理性设计,22207112,2023.01.01- 2025.12.31,30万

国家自然科学基金青年项目,碳-氢键区域和立体选择性多样化P450过加氧酶体系的构筑及其分子机理研究,22107105,2022.01.01- 2024.12.31,30万


研究平台

酶突变体制备与生化表征平台、结构生物学平台、计算模拟平台、有机合成平台、全细胞制备平台等。


主要成果

1. Qin, Xiangquan#; Jiang, Yiping#; Yao, Fuquan; Chen, Jie; Kong, Fanhui; Zhao, Panxia; Jin, Longyi*; Cong, Zhiqi*. Anchoring a Structurally Editable Proximal Cofactor-like Module to Construct an Artificial Dual-center Peroxygenase. Angew. Chem. Int. Ed Engl. 2023, e202311259. https://doi.org/10.1002/anie.202311259

2. Zhao, Panxia#; Kong, Fanhui#; Jiang, Yiping#; Qin, Xiangquan; Tian, Xiaoxia; Cong, Zhiqi*. Enabling Peroxygenase Activity in Cytochrome P450 Monooxygenases by Engineering Hydrogen Peroxide Tunnels. J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 9, 5506–5511.  https://doi.org/10.1021/jacs.3c00195.

3. Wang, Xiling#; Lin, Xiaodan#; Jiang, Yiping#; Qin, Xiangquan#; Ma, Nana; Yao, Fuquan; Dong, Sheng; Liu, Chuanfei; Feng, Yingang; Jin, Longyi; Xian, Mo; Cong, Zhiqi*. Engineering Cytochrome P450BM3 Enzymes for Direct Nitration of Unsaturated Hydrocarbons. Angew. Chem. Int. Ed Engl. 2023, e202217678. https://doi.org/10.1002/anie.202217678

4. Chen, Jie#; Dong, Sheng#; Fang, Wenhan#; Jiang, Yiping; Chen, Zhifeng; Qin, Xiangquan; Wang, Cong; Zhou, Haifeng; Jin, Longyi; Feng, Yingang*; Wang, Binju*; Cong, Zhiqi*. Regiodivergent and Enantioselective Hydroxylation of C-H Bonds by Synergistic Use of Protein Engineering and Exogenous Dual-Functional Small Molecules. Angew. Chem. Int. Ed Engl. 2023, 62, e202215088. https://doi.org/10.1002/anie.202215088

5. Ma, Nana#; Chen, Zhifeng#; Chen, Jie#; Chen, Jingfei; Wang, Cong; Zhou, Haifeng;Yao, Lishan; Shoji, Osami; Watanabe, Yoshihito; Cong, Zhiqi*. Dual-Functional Small Molecules for Generating an Efficient Cytochrome P450BM3 Peroxygenase. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 7628-7633. https://doi.org/10.1002/anie.201801592