Vervang één aminozuur in een enzym en het katalyseert ineens een andere reactie. Het klinkt onwaarschijnlijk maar het kan echt, bewijst een Groningse publicatie op de website van JACS.

Nog mooier is dat het gemuteerde enzym een zogeheten NADPH-oxidase is. Daarvan zijn niet zo veel bruikbare varianten in omloop. De nieuwkomer lijkt thermisch en chemisch behoorlijk stabiel, en laatste auteur Marco Fraaije onderzoekt nu de mogelijkheden voor industriële toepassing.

Uitgangspunt was een zogeheten Baeyer-Villinger mono-oxygenase (BVMO) dat oxidaties katalyseert, zoals de omzetting van ketonen in esters. De zuurstof komt daarbij uit O₂, als cofactor dient gereduceerd nicotinamide-adeninedinucleotidefosfaat oftewel NADPH.

Een NADPH oxidase - de naam zegt het al - legt de nadruk op de oxidatie van dat NADPH tot NADP⁺, zonder ketonen te beschadigen. O₂ dient dit keer puur als parkeerplaats voor de overtollige H’s, waarbij H₂O₂ ontstaat. Mono-oxygenases zijn hier chemisch ook toe in staat maar doen het vrijwel nooit; van hun standpunt uit bekeken is deze zogeheten ontkoppelingsreactie immers nutteloos en zonde van de NADPH.

Zo’n ontkoppeling kan echter wel degelijk nuttig zijn wanneer je op een simpele manier de NADP⁺ wilt regenereren die door een ánder enzym in NADPH wordt omgezet. Bijvoorbeeld door een alcoholdehydrogenase dat op industriële schaal alcoholen omzet in aldehyden of ketonen.

Vandaar dat Fraaije en collega’s probeerden zo’n BVMO om te bouwen tot robuust NADPH-oxidase. Ze gingen uit van fenylaceton-mono-oxygenase (PAMO) uit Thermobifida fusca, vervingen telkens één, twee of drie bouwstenen door iets anders en keken wat er gebeurde. Vervanging van cysteïne op plaats 65 in de keten door asparaginezuur, en verder overal van afblijven, gaf verreweg het beste resultaat.

De reden is vermoedelijk dat zo’n BVMO nóg een cofactor bevat, namelijk een flavinegroep die tijdelijk elektronen kan vasthouden. De bedoeling is dat het dan óók de voor het keton bestemde O₂ vasthoudt en daarbij tijdelijk verandert in een peroxyflavine. Door de wijziging leeft dat peroxyflavine ineens vele malen korter; het valt vrijwel meteen uit elkaar waarbij de zuurstof in H₂O₂ terecht komt.

Kristallografische metingen suggereren dat dat komt doordat het asparaginezuur op plaats 66 van zijn plek wordt gedrukt wanneer je op plaats 65 nóg een asparaginezuurbouwsteen zet.

De auteurs tekenen er wel bij an dat het wellicht een toevalstreffer is. In het verleden hebben ze vaker aan PAMO gesleuteld en nooit zoiets zien gebeuren.

bron: RUG, JACS