上海有机所阐述新颖Diels-Alder[4 2]环加成酶PyrI4的

作者: 科技中心  发布:2019-09-22

壳寡糖是壳聚糖经降解处理后得到的一种聚合度为2-20的氨基寡糖产品,具有水溶性好、易吸收等优点,为目前所知的唯一碱性寡糖,具有抗肿瘤、抗菌、免疫激活以及保湿等特点,在医药领域具有广泛的应用前景。壳聚糖酶(chitosanase, EC 3.2.1.132)能特异性催化壳聚糖水解产生壳寡糖,催化条件温和,并具有较高的催化速率,有利于实现壳寡糖的绿色工业化生产。壳聚糖酶属于多个糖苷水解酶家族,其中以GH-46家族的壳聚糖酶的研究最为详细,而对其他家族的壳聚糖酶了解甚少。GH-8家族壳聚糖酶与GH-46家族壳聚糖酶拥有类似的底物催化机制,但二者的晶体结构有明显的不同,且来源于不同的进化途径。

PYR是一类来源于链霉菌(Streptomyces rugosporus)的螺环乙酰乙酸内酰胺类抗生素,其对于耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和耐万古霉素的肠球菌均有较强的杀伤作用;另外该分子结构中含有一个[6,6]并环和一个[6,5]太阳成集团,螺环,这样两个可能由酶促D-A反应构筑的结构单元引起了合成化学家和生物化学家们极大的兴趣。在前期的研究中,刘文课题组在国际上首次报道了PYR的生物合成基因簇(J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 17342-17345.),又通过体内(in vivo)、体外(in vitro)实验相结合,首次阐述了PYR分子母核的刚性五环骨架需要由连续两步的酶促D-A反应构筑(Nat. Chem. Biol., 2015, 11, 259-265.),其中PyrI4催化了用于构筑[6,5]螺环结构的D-A反应。

太阳成集团 1

在此前的研究中,国际上仅有两例[4 2]环加成酶的晶体结构被报道,却都因为缺乏底物-蛋白复合物的结构而未能阐明其催化机制;另外,这两例报道也均存在较大的争议。PyrI4蛋白结构和功能的阐明,证实了自然界中存在天然的类似于人工抗体酶的催化机制:酶与底物结合放出能量后,两者相互的构象诱导使得小分子的构象与D-A反应过渡态的构象极为相似,由此降低了活化能(Ea)并大大促进了反应的速率,而这一切正源于自然界中蛋白质与小分子的共同进化。通过与螺醇缩酮类天然产物生物合成途径的对比,还可将此类“底物过渡态构象折叠”酶的反应机制推广到更多的酶促协同反应中(Curr. Opin. Chem. Biol., 2016, 31, 95-102.)。该研究为今后人工设计、开发协同反应的生物大分子催化剂提供了重要的实验基础和方向,并将在未来的合成化学和合成生物学研究中发挥重要的作用。

Asp318及其突变体与周围氨基酸之间的相互作用

Diels-Alder[4 2]环加成酶PyrI4的催化机制

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刘文课题组的博士生郑庆飞和潘李锋课题组的硕士生郭玉娇为本文的共同第一作者。上述研究工作得到国家青年千人计划项目、科技部“973”计划青年专题项目、国家自然科学基金委面上项目、生命有机化学国家重点实验室、科技部、上海市科委以及中国科学院的大力资助。

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