酶巨大催化能力的起源仍然是一個(gè)長(zhǎng)期存在的問題。解開這些起源對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)具有不同功能的蛋白質(zhì)以及理性設(shè)計(jì)進(jìn)化獲得的突變（導(dǎo)致功能改變，如新的底物范圍和化學(xué)、溶劑適應(yīng)、熱穩(wěn)定性和提高速率）的能力至關(guān)重要。酶活性中心靜電學(xué)和化學(xué)定位的相互作用對(duì)于理解酶催化的起源和新型催化劑的設(shè)計(jì)非常重要。有鑒于此，Stanford University的Steven G. Boxer團(tuán)隊(duì)重構(gòu)了TEM-1 β-內(nèi)酰胺酶到TEM-52向超廣譜活性進(jìn)化的軌跡，以更好地理解抗生素耐藥性的出現(xiàn)，以結(jié)構(gòu)?功能的角度解釋其催化中涉及的非共價(jià)相互作用。
圖片來源：ACS Cent. Sci.
該研究利用詳細(xì)的動(dòng)力學(xué)分析和振動(dòng)斯塔克效應(yīng)，量化青霉素G和頭孢噻肟的米氏和酰基-酶復(fù)合物的速率和電場(chǎng)變化，確定了電場(chǎng)在調(diào)節(jié)功能方面的進(jìn)化作用。
圖片來源：ACS Cent. Sci.
這些數(shù)據(jù)與MD模擬相結(jié)合，解釋和量化了進(jìn)化過程中依賴于底物的結(jié)構(gòu)變化。結(jié)果表明，這種進(jìn)化軌跡利用一個(gè)大的預(yù)組織電場(chǎng)和依賴于底物的化學(xué)定位來促進(jìn)催化。這決定了TEM β-內(nèi)酰胺酶耐藥性的進(jìn)化性、底物混雜性和蛋白質(zhì)適合度。
圖片來源：ACS Cent. Sci.
參考文獻(xiàn)：The Interplay of Electrostatics and Chemical Positioning in the Evolution of Antibiotic Resistance in TEM β?Lactamases
ACS Cent. Sci. 2021, 7, 1996?2008
原文作者：Samuel H. Schneider,# Jacek Kozuch,# and StevenG. Boxer*
