砷是一類常見的非金屬元素，重要的化合物例如砒霜（三氧化二砷）、雄黃（四硫化四砷）相信大家都耳熟能詳。這類無機(jī)砷化合物在人類歷史中扮演了重要的角色，在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中仍有一席之地。除無機(jī)砷類化合物之外，自然界中砷還以砷糖（arsenosugar）等有機(jī)砷形式存在。目前發(fā)現(xiàn)的砷糖已經(jīng)有超過20多種，這類化合物被視為是砷甜菜堿、砷糖磷脂等多類有機(jī)砷的前體。由于砷糖的毒性非常低，砷糖的合成過程也通常被認(rèn)為是生物對(duì)砷的一種解毒策略。 圖1 砷糖可能的生物合成路徑 近日，復(fù)旦大學(xué)的張琪課題組報(bào)道了砷糖生物合成中關(guān)鍵酶ArsS的催化活性及反應(yīng)機(jī)制研究。作者通過嚴(yán)格的生化實(shí)驗(yàn)，證實(shí)ArsS催化二甲基亞砷酸（DMAsIII）的腺苷化，生成二甲基砷腺苷（DDMAA），后者的腺苷部分來源與S-腺苷甲硫氨酸。作者進(jìn)而通過一系列研究揭示了該酶的催化機(jī)理。 圖2 ArsS的催化機(jī)制 ArsS催化的反應(yīng)機(jī)制如圖2所示。在酶中心[4Fe-4S]簇還原作用下，SAM轉(zhuǎn)化為甲硫氨酸（L-Met）和5-脫氧自由基（dAdo?）。5-脫氧自由基進(jìn)攻DMAsIII的As中心，生成自由基中間體x，后者通過單電子氧化生成DDMAA。作者通過一系列嚴(yán)格的生化實(shí)驗(yàn)證實(shí)，該反應(yīng)的進(jìn)行不需要外源還原劑，表明伴隨中間體x氧化，失去的電子可以用于[4Fe-4S]的還原再生+1價(jià)的[4Fe-4S]簇，從而用于下一步SAM的斷裂。同時(shí)，作者也對(duì)ArsS催化的底物選擇性，動(dòng)力學(xué)特征、進(jìn)化多樣性等方面進(jìn)行了詳細(xì)的研究。 這一研究成果以“Characterization and Mechanistic Study of the Radical SAM Enzyme ArsS Involved in Arsenosugar Biosynthesis”為題在線發(fā)表于《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed.）。復(fù)旦大學(xué)張琪課題組博士研究生程金鐸為論文第一作者。該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目及國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目的支持。 張琪，復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系教授，博士生導(dǎo)師。主要研究興趣涉及新型抗生素的發(fā)現(xiàn)、生物合成及作用機(jī)制研究。自2014年獨(dú)立工作至今，以通訊作者身份在PNAS、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed. 等國(guó)內(nèi)外著名學(xué)術(shù)刊物發(fā)表論文四十余篇，相關(guān)研究成果被美國(guó)化學(xué)化工新聞周刊C&ENews等媒體予以專文報(bào)導(dǎo)，并被Science、Faculty of 1000、Nat. Prod. Rep.、Curr. Opin. Biotech. 等多個(gè)雜志予以亮點(diǎn)評(píng)述。曾獲得包括國(guó)際化學(xué)生物學(xué)會(huì)青年化學(xué)生物學(xué)家獎(jiǎng)(2107)、化學(xué)結(jié)構(gòu)學(xué)會(huì)獎(jiǎng)(2016) 等多個(gè)國(guó)際性獎(jiǎng)項(xiàng)。目前擔(dān)任《Frontiers in Chemistry》和《Frontiers in Molecular Bioscience》雜志副主編和《Journal of Chinese Chemistry》青年編委。
