Diversifying the functions of heme proteins with non-porphyrin cofactors

卟啉 血红素 化学 辅因子 血红素蛋白 组合化学 氧化还原 配体(生物化学) 反应性(心理学) 小分子 生物化学 有机化学 病理 受体 医学 替代医学
作者
Christopher M. Lemon
出处
期刊:Journal of Inorganic Biochemistry [Elsevier BV]
卷期号:246: 112282-112282 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.jinorgbio.2023.112282
摘要

Heme proteins perform diverse biochemical functions using a single iron porphyrin cofactor. This versatility makes them attractive platforms for the development of new functional proteins. While directed evolution and metal substitution have expanded the properties, reactivity, and applications of heme proteins, the incorporation of porphyrin analogs remains an underexplored approach. This review discusses the replacement of heme with non-porphyrin cofactors, such as porphycene, corrole, tetradehydrocorrin, phthalocyanine, and salophen, and the attendant properties of these conjugates. While structurally similar, each ligand exhibits distinct optical and redox properties, as well as unique chemical reactivity. These hybrids serve as model systems to elucidate the effects of the protein environment on the electronic structure, redox potentials, optical properties, or other features of the porphyrin analog. Protein encapsulation can confer distinct chemical reactivity or selectivity of artificial metalloenzymes that cannot be achieved with the small molecule catalyst alone. Additionally, these conjugates can interfere with heme acquisition and uptake in pathogenic bacteria, providing an inroad to innovative antibiotic strategies. Together, these examples illustrate the diverse functionality that can be achieved by cofactor substitution. The further expansion of this approach will access unexplored chemical space, enabling the development of superior catalysts and the creation of heme proteins with emergent properties.
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