Nat. Chem. Biol. 不检点的酶，大家不要向他学习

文主要讲的是作者在土曲霉（ Aspergillus terreus）中发现了一类新的芳基异戊烯转移酶(aPTase),而这种酶的底物范围非常的广...



大家好,本周给大家推荐的文章来自于Nature Chemical Biology，作者是来自于中国医学科学院药物研究所研究员的戴均贵教授和中国科学院生物物理研究所的孙飞教授。戴均贵课题组主要研究领域为天然产物的生物合成与生物转化。致力于天然产物的生物合成与生物转化，将生物学方法应用于天然产物的合成与结构改造研究中，发现、开发创新药物。孙飞课题组以低温电子显微镜术、三维重构技术和X射线晶体学相结合的方法研究膜蛋白和蛋白质复合体的结构与功能。孙飞研究组注重方法学研究与应用研究的结合，重点研究内容包括：线粒体动态及其相关代谢的分子结构机制；重要膜蛋白的三维结构研究。

本文主要讲的是作者在土曲霉（ Aspergillus terreus）中发现了一类新的芳基异戊烯转移酶(aPTase),而这种酶的底物范围非常的广，之后通过系统的晶体学研究发现有一个比较大的疏水底物结合口袋导致了这样一种现象。并且可以通过改造该口袋附近的氨基酸来定向衍生化底物。

所谓的基异戊烯转移酶，就是在带有芳香环的天然产物中，引入一个异戊烯基团，这一类蛋白在生物合成中和植物，细菌和真菌的一级和二级代谢产物非常普遍。引入异戊烯基加上后续有更多的氧化还原或者环化的反应会生成更复杂的天然产物。并且引入异戊烯基后可以让小分子的疏水性更强，参与到生物膜体系中去。所以研究清楚这个机理，并能运用到药物的改造中来的话会是比较大的前景。

让我们看看底物到底有多广泛。而且在机理上，并没有遵循有傅克反应的规则，在一些电负性比较大的地方也能观察到有产物的生成。他们说这在之前的报道中是没有发现过的。



从结构上来看，作者观察到这个与大类的aPTase的fold比较一致，都是五个连续的αββα 单元，从结构分层上看，作者将催化口袋分成了三类，第一层是电荷区 (K95, R104, K188, R264 and K266) 和三个极性氨基酸 (N328, Q342 and N411)，用来接收异戊烯基的底物（β-磷酸根），第二层是酪氨酸层， (Y190, Y268, Y344 and Y413)，和底物的（ α-磷酸根）相互作用，用来稳定新生成的碳正离子中间体，底部是疏水区，用来结合疏水的残基（L252, L249, L323, F272, W397, A270, L204 and L194 ）。作者还发现这个口袋跟家族里的其他蛋白比较特别大！这大概就是底物范围广的原因吧。而且上面两层的序列保守性高，第三层的序列保守性低。



作者通过对比晶体实验和分子动力学模拟实验得到结论，中间的酪氨酸层可以看到多种的开关构象，从而导致口袋的多变性和底物的广泛性。

这个工作可能对酶的底物特异性造成了一定的挑战，也告诉我们酶的底物普适性不是一个偶然的例子，比如还有糖基转移酶，转氨酶，细胞色素P450等。

文章链接：

http://www.nature.com/nchembio/journal/vaop/ncurrent/full/nchembio.2263.html

文章引用：Chen, R. et al., Molecular insights into the enzyme promiscuity of an aromatic prenyltransferase. NAT CHEM BIOL (2016).

doi:10.1038/nchembio.2263

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