血紅蛋白的一大特征是擁有Fe-卟啉IX（Fe-PIX）輔因子，原始的血紅蛋白可以催化C-H鍵氧化和鹵化反應(yīng)，并且可以成功地應(yīng)用于非生物底物。而以Fe-PIX為核心的其他酶，可以催化卡賓、氮賓與烯烴或X-H鍵的插入反應(yīng)（X = N, S）和端芳香烯烴的環(huán)丙烷化，但對不活潑的C-H鍵和烯烴的類似反應(yīng)則無效。

在以往的研究中，科學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對于一些反應(yīng)，小分子Ru/Rh/Ir-卟啉的催化效果遠好于Fe-卟啉分子，于是他們在想，用這些貴金屬代替這些酶中的鐵能否收到奇效？

這個想法并非首創(chuàng)，實際上Mn/Cr/Co核心的“血紅蛋白”已經(jīng)被報道過，只是它們的催化活性都不如Fe-PIX，對Ru/Rh/Ir核心的催化效果，John F. hartwig團隊的成員心里也沒底。（Abiological catalysis by artificial haem proteins containing noble metals in place of iron. Nature, 2016, DOI: 10.1038/nature17968）本文由專注于提供生物科技服務(wù)的齊一生物收集整理

計劃的第一步是要合成出相應(yīng)金屬核心的酶。已有的方法包括組合法和單一表達法。組合法需要先用酸把血紅蛋白的結(jié)構(gòu)打破，釋放出Fe-PIX后，再使空的血紅蛋白（apo-PIX）折疊回原樣。之后再與不同的M-PIX（M為各種金屬）混合，得到產(chǎn)物后分離純化。這一過程非常繁瑣，產(chǎn)率低下。另一種單一表達法比較簡單，直接表達出M-PIX核心的蛋白，但幾乎每一種金屬都要換一個表達方法，缺乏普適性，效率依舊不高。于是本文的研究人員開發(fā)了一種新的表達系統(tǒng)。

他們盡量降低大腸桿菌培養(yǎng)基中鐵鹽的含量，以抑制血紅素的合成，并保持較低的溫度使apo-PIX蛋白保持穩(wěn)定。最終他們得到了含鐵量低于5%的apo-PIX蛋白。這些蛋白與不同的M-PIX混合，填補蛋白中的空位，便能得到不同的M-PIX蛋白。

獲得了這些M-PIX蛋白后，研究人員比較了不同金屬核心的酶催化卡賓的C-H鍵插入反應(yīng)及芳香烯烴加成反應(yīng)的活性。結(jié)果表明Ir（Me）-PIX蛋白的催化活性最好。

基于此，為了獲得高的對映選擇性和產(chǎn)率，研究人員又對PIX結(jié)合位點附近的重要氨基酸逐一做了突變、篩選（93G代表蛋白質(zhì)93號氨基酸為甘氨酸G）。

Ir（Me）-PIX蛋白的不同突變體不僅彌補了Fe-PIX蛋白的不足，能夠成功催化卡賓的C-H鍵插入反應(yīng)和不活潑烯烴加成反應(yīng)，而且對映選擇性、催化劑轉(zhuǎn)換數(shù)TON（單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)化的底物的物質(zhì)的量/催化劑的物質(zhì)的量）都相當不錯。本文由專注于提供生物科技服務(wù)的齊一生物收集整理