多酚氧化酶是生物界广为分布的一类酶，以分子氧为氧化剂氧化酚或者多酚生成相应的醌。其作用特性和反应机理的研究对实际生产有着重要意义。如图1所示，酪氨酸酶不仅催化苯酚羟基化为邻苯二酚，还能催化邻苯二酚进一步氧化为相应的邻苯二醌，而儿茶酚氧化酶仅能催化后一种反应。而最新的研究发现米曲霉儿茶酚氧化酶（AoCO4）同时具有单酚氧化酶和双酚氧化酶的活性。AoCO4的活性物种、反应机理及反应性调控机制亟待解决。

图1 儿茶酚氧化酶和酪氨酸酶催化的反应

中国人民大学化学系赖文珍老师课题组基于全蛋白模型，采用混合量子力学/分子力学（QM/MM）方法系统地研究了儿茶酚氧化酶双铜中心活化分子氧而产生的过氧-双核二价铜复合物的几何结构、电子结构及其氧化活性。研究结果表明双核二价铜过氧化物的双酚氧化酶活性显著高于单酚氧化酶活性（图2），预测可能存在具有更高单酚氧化酶活性的物种，揭示了米曲霉儿茶酚氧化酶的催化机制，对偶联双铜中心的结构模拟和设计有着重要的理论指导意义。论文《Monophenolase and Catecholase Activity of Aspergillus oryzae Catechol Oxidase: Insights from Hybrid QM/MM Calculations》发表在《Organic & Biomolecular Chemistry》。

图2 米曲霉儿茶酚氧化酶的单酚酶和双酚酶活性比较

该研究工作得到了国家自然科学基金和中国人民大学校级高性能与大数据公共计算云平台的支持。