摘要：酶可以在良性和温和的条件下催化许多在溶剂环境下难以发生的反应。一个有趣的问题是酶如何实现这一目标。在这里，我们以P450酶为例，展示酶如何利用静电相互作用来控制其功能。细胞色素P450单加氧酶 (P450s) 是被广泛用于天然产物的合成、外源物的代谢以及生物技术的多功能蛋白酶催化剂。在P450中，O2活化所需的电子由 NAD(P)H 通过电子载体蛋白介导的逐步的电子转移 (electron transfer，ET) 提供。我们发现ET过程中涉及的电子载体蛋白的构象转变主要由长程静电相互作用所控制(J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 1005-1016)。P450 TleB 通过选择性对吲哚C4位置的C-H键胺化，催化二肽N-甲基缬氨酰色氨酸 (NMVT) 氧化环化为吲哚内酰胺 V。了解其催化机制有助于对P450酶催化的C−H键胺化反应的改进和再设计。通过多尺度模拟计算(J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 7252-7267)，我们表明C-H键的胺化反应通过双自由基途径进行：第一步是N1−H到 Cpd I 的氢原子转移 (HAT)，生成底物自由基物种；第二步是底物自由基物种的构象转变；第三步是 N13−H 到 Cpd II 的第二个HAT，生成底物双自由基；双自由基的耦合生成目标C-N键。有趣的是，我们发现底物自由基的构象转变是随后的双自由基偶联反应中实现 N13 和 C4 之间有效且选择性的 C-N 偶联的关键。我们发现底物自由基构象的转变是由第一个 HAT 触发的，构想的转变以吲哚环的翻转为起始，然后是 N13−H 基团向活性中心Cpd II的靠近。其中，吲哚环的翻转是构象转变的限速步。详细的分析表明，蛋白环境在活性位点处的内电场（Internal Electric Field，IEF）对吲哚环的翻转起了关键作用，它不仅提供了驱动力，而且稳定了吲哚环翻转后的构象。