多銅氧化酶（MCO）家族存在于古細菌、細菌和真核生物中，它們具有幾乎相同的含銅催化位點，但表現(xiàn)出催化廣泛的無機和有機底物以及催化速率。MCO可分為金屬氧化酶和漆酶兩類，但其基本特征和機制仍不清楚。漆酶能有效氧化酚類和芳香胺等許多化合物，在綠色化學、生物修復和生物煉制領(lǐng)域具有巨大的生物技術(shù)應用潛力。金屬氧化酶對低價過渡金屬如Cu(I)、Fe(II)和Mn(II)表現(xiàn)出高活性，在細胞內(nèi)金屬穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。最近，Universidade Nova de Lisboa的LígiaO. Martins課題組利用突變與結(jié)構(gòu)、動力學和電子分析相結(jié)合，揭示了多銅氧化酶家族的耐高溫金屬氧化酶進化為漆酶的分子特征，其對于體積較大的芳香族底物kcat為273 s?1。
圖片來源：ACS Catal.
研究發(fā)現(xiàn)，分散在酶上的六個突變位點共同調(diào)節(jié)動力學，以改善大體積芳香底物的結(jié)合和催化作用。
圖片來源：ACS Catal.
在進化的早期階段，殘基的替換是改變底物結(jié)合位點形狀和大小的基礎(chǔ)。然后通過在進化后期插入遠端突變，通過高階上位性相互作用對結(jié)合位點進行微調(diào)。變構(gòu)耦合的遠程動態(tài)網(wǎng)絡(luò)有利于催化活性構(gòu)象狀態(tài)，更適合識別和穩(wěn)定芳香底物。
圖片來源：ACS Catal.
這項工作提供了對酶和進化分子機制的洞察，并指出了迭代實驗和計算分析對理解局部到全局變化的重要性。
參考文獻：Distal Mutations Shape Substrate-Binding Sites during Evolution of a Metallo-Oxidase into a Laccase
ACS Catal. 2022, 12, 5022?5035
原文作者：Va?nia Brissos,∥ Patrícia T. Borges,∥ Reyes Nu?n?ez-Franco, Maria Fátima Lucas, CarlosFraza?o, Emanuele Monza, Laura Masgrau, Tiago N. Cordeiro, and Lígia O.Martins*
