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【中國科學報】科學家揭示催化烯反應酶及其周環選擇性分子機制

2020-10-16 中国科学报 黄辛
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  中国科学院上海有机化学研究所生命有机化学國家重點實驗室周佳海课题组和美国加州大学洛杉矶分校唐奕课题组、Kendall N. Houk课题组合作,首次表征了自然界中催化Alder-ene反应(烯反应)的酶及其催化氧杂Diels-Alder(DA)反应的同源蛋白,解析了这两类酶及其复合物的高分辨率晶体结构,并通过定点突变实现了周环选择性的逆转,阐明了两类酶如何利用几乎相同的活性位点实现周环选择性的精准控制。日前,该研究成果发表于《自然》。

  周環反應是指具有環狀過渡態的協同反應,這類反應在天然産物合成中常常被應用于高效構建多個碳碳鍵,而且具有較好的立體選擇性和區位選擇性。自2011年首次鑒定出能夠催化DA反應的周環酶SpnF後,科學家先後從多種天然産物的生物合成途徑中鑒定出了不同的新型周環反應酶。

  唐奕課題組在這項研究中以多功能周環酶LepI爲基礎,從真菌天然産物生物合成途徑中鑒定出6個具有很高序列相似度的O-甲基轉移酶蛋白:PdxI、AdxI、ModxI、EpiI、UpiI及HpiI,同時發現並驗證PdxI、AdxI、ModxI催化烯反應,而EpiI、UpiI、HpiI催化氧雜DA反應。

  周佳海課題組解析了烯反應酶PdxI以及氧雜DA反應酶HpiI的apo晶體結構,同時也得到了這兩個酶與底物類似物以及産物的共晶結構。

  在此基礎上,Houk課題組通過DFT理論計算、分子對接以及動力學模擬,揭示了PdxI/AdxI/ModxI、EpiI/UpiI/HpiI這兩組同源性的周環酶因進化上的細微分歧導致了不同周環選擇性的分子機制。

  相关論文信息:

  https://doi.org/10.1038/s41586-020-2743-5

  (原载于《中国科学报》 2020-10-16 第1版 要闻)
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