萜烯和類異戊二烯是地球上種類最多的有機(jī)小分子，這些分子具有結(jié)構(gòu)多樣性和重要的功能。因此，合成這些分子的類異戊二烯和萜烯/萜類合成酶的結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制引起了人們極大的興趣。
圖片來源：ACS Catal.
最近，美國UIUC的EricOldfield課題組與湖北大學(xué)郭瑞庭課題組合作，解析了來源于檀香的倍半萜和檀香烯合成酶的結(jié)構(gòu)，包括有或者沒有底物、底物類似物、產(chǎn)物類似物存在的8個(gè)晶體結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)上揭示了其催化作用機(jī)制。
晶體結(jié)構(gòu)顯示，在缺少底物和Mg2+的情況下，環(huán)化酶與異戊烯基轉(zhuǎn)移酶的結(jié)構(gòu)都處于一種“開放”形態(tài)，酶本身的三個(gè)Mg2+（MgABC）與蛋白催化位點(diǎn)相結(jié)合，且其中一個(gè)Mg2+（MgB）參與形成了靠近催化位點(diǎn)的口袋構(gòu)象，與一個(gè)內(nèi)部氨基酸相互作用，與二磷酸雙配位，對三個(gè)水分子進(jìn)行表面重排，形成fac-[Mg(H2O)3XPP(Asn/Asp)]。
圖片來源：ACS Catal.
此外，該研究還發(fā)現(xiàn)環(huán)化酶和異戊二烯基轉(zhuǎn)移酶中廣泛存在氫鍵網(wǎng)絡(luò)：D基序。這個(gè)基序圍繞著完全保守的外空間Asp，通過H2O-c與MgB結(jié)合，包含五個(gè)氨基酸，包括環(huán)化酶中的一個(gè)非常保守的殘基Arg，和αHT蛋白質(zhì)中的一個(gè)高度保守的殘基Gln，而這個(gè)基序可能參與催化。
圖片來源：ACS Catal.
最后，利用生物信息學(xué)和誘變技術(shù)，發(fā)現(xiàn)這些環(huán)化酶和其他環(huán)化酶中許多高度保守的殘基位于活性位點(diǎn)區(qū)域之外，并且位于非催化β-結(jié)構(gòu)域，這反映了它們的進(jìn)化起源于β-γ結(jié)構(gòu)域蛋白，而高度保守的α-結(jié)構(gòu)域中Arg與Glu形成鹽橋，用于穩(wěn)定具有催化活性的αβ-結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)。
圖片來源：ACS Catal.
參考文獻(xiàn)：Terpene Cyclases and Prenyltransferases: Structures and Mechanismsof Action
ACS Catal.
DOI：10.1021/acscatal.0c04710
原文作者：Chun-Chi Chen,○Satish R. Malwal,○ Xu Han,○Weidong Liu, Lixin Ma, Chao Zhai, Longhai Dai, Jian-Wen Huang, Alli Shillo,Janish Desai, Xianqiang Ma, Yonghui Zhang, Rey-Ting Guo,* and Eric Oldfield*
