在生物体内,金属酶扮演着重要角色。近年来,许多科学家对其进行了广泛的研究。合理的人工金属酶分子设计,不仅可以调节和扩展天然酶分子功能,而且还可以赋予其本身不具备的活性。神经红蛋白（Ngb）是一类重要的金属蛋白,由于其结构相对简单,易于纯化,潜在酶活性较好等特点,被作为一类理想的人工酶设计模型而被研究。在前期,本课题组通过定点突变技术获得了五配位血红素中心的H64M/C120S Ngb。为进一步了解该蛋白作为人工酶的潜在应用价值,我们对其进行了亚硝酸盐还原酶（Ni R）活性和核酸酶活性研究。大量的研究表明,哺乳动物的亚硝酸盐还原可以通过血红素蛋白实现,且Ni R活性与血红素蛋白的空腔以及远端组氨酸残基密切相关。同样,有研究发现神经红蛋白的Ni R活性与轴向配位的远端组氨酸His64有关。之前研究中发现H64M/C120S Ngb因其独特的自氧化机制形成五配位构型,空腔结构发生明显改变。为探究其Ni R活性,通过紫外-可见光分光光度计动力学以及电子顺磁共振波谱等方法研究,发现神经红蛋白64位组氨酸（His）突变为甲硫氨酸（Met）后,其亚硝酸盐还原酶活性的二级速率常数knitrite从0.44M-1s-1提高到487 M-1s-1。结果表明五配位血红素结构所形成的较大的血红素口袋结构对蛋白的亚硝酸盐还原酶活性有较好的促进作用。此外,我们进一步对该人工神经红蛋白的核酸酶活性进行了详细的研究。人工核酸酶研究是生物技术与生物医学领域的重要研究方向。然而目前人工核酸酶的研究主要集中在化学小分子方向,如金属钌配合物、铜配合物等。人工金属酶尤其是人工神经红蛋白酶的核酸酶活性研究非常少。我们对H64M/C120S Ngb的核酸酶活性进行了详细研究,以此探讨Met取代远端His后,配位环境的改变对核酸酶活性的影响。琼脂糖凝胶电泳研究结果发现,五配位血红素结构的H64M/C120S Ngb能够在不存在任何氧化还原试剂的条件下有效地切割双链DNA。同时,在还原剂二硫苏糖醇（DTT）条件下,H64M/C120S Ngb也能有效地氧化断裂双链DNA。进一步研究发现,不同的金属离子对其核酸酶活性具有较大的影响,如与Mg2+金属离子结合后能更有效的断裂甚至降解双链DNA;此外,研究发现人工神经红蛋白的核酸酶活性不完全依赖于酶的金属中心,H64M/C120S Ngb在脱辅基后,apo-H64M/C120S Ngb仍具有一定的核酸酶活性。研究结果表明,神经红蛋白突变体自身及其与金属离子的复合物是有效的人工核酸酶。这为今后以神经红蛋白为模板的人工核酸酶的设计研究提供了借鉴价值。