分享一篇發(fā)表在Nature Chemical Biology上的文章The β-subunit of tryptophan synthase is a latent tyrosine synthase，通訊作者是來(lái)自加州理工學(xué)院的Frances H. Arnold教授，她是2018年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主，開(kāi)創(chuàng)了酶的定向進(jìn)化領(lǐng)域。
芳香族氨基酸(aroAAs)是所有生命蛋白質(zhì)和次生代謝物的基本組成部分，aroAA的從頭生物合成依賴于一組保守的化學(xué)反應(yīng)，將一種芳香族前體分支酸(Chorismate)轉(zhuǎn)化為Phe、Tyr和Trp，這種途徑是目前已知體內(nèi)或體外酶活性庫(kù)中唯一可能的途徑。磷酸吡哆醛(PLP)依賴性酪氨酸苯酚裂解酶(TPL)和色氨酸酶(Trpase)已被證明能夠從苯酚或吲哚和丙酮酸銨合成Tyr/Trp，盡管TPL已在工業(yè)上獲得了很大應(yīng)用，但TPL和Trpase不是“合酶”，且在熱力學(xué)上不利。本文中，作者認(rèn)為色氨酸合酶的β亞基通過(guò)催化吲哚的Friedel-Crafts(傅-克)烷基化完成所有已知Trp生物合成的最后一步，有可能設(shè)計(jì)出一種類(lèi)似TrpB的“酪氨酸合酶”TyrS，該酶催化酚類(lèi)的傅-克烷基化反應(yīng)并能避免TPL的降解活性，因?yàn)門(mén)rpB的反應(yīng)途徑生成穩(wěn)定的氨基丙烯酸酯中間體，從而在熱力學(xué)上有利。直接使用苯酚作為T(mén)rpB及其變體的底物時(shí)，無(wú)法檢測(cè)到任何氨基酸產(chǎn)物的生成。因此，作者使用一種“底物行走”的策略，尋找從吲哚到苯酚的進(jìn)化墊腳石。作者首先使用1-萘酚作為富電子苯酚類(lèi)似物，發(fā)現(xiàn)能夠在對(duì)位形成C-C鍵；且將活性位點(diǎn)E105突變?yōu)镚ly能夠增加對(duì)1-萘酚的活性。受此鼓舞，作者繼續(xù)使用“底物行走”策略，經(jīng)由2-取代苯酚逐步進(jìn)化至苯酚底物，最后定向進(jìn)化得到的TmTyrS6能夠以>99.5%的對(duì)映選擇性和區(qū)域選擇性合成Tyr。作者隨后解析了TyrS的結(jié)構(gòu)，結(jié)合理論計(jì)算揭示了活性位點(diǎn)配位水分子能夠介導(dǎo)與底物官能團(tuán)的靜電相互作用，從而實(shí)現(xiàn)催化反應(yīng)。最后，作者還使用TyrS進(jìn)化過(guò)程中的變體，以克為量級(jí)實(shí)現(xiàn)了Tyr和其他非天然芳香族氨基酸的生物合成，如3-甲基-Tyr。總之，本文作者通過(guò)定向進(jìn)化改造色氨酸合酶TrpB，得到了酪氨酸合酶TyrS，并揭示了進(jìn)化過(guò)程和催化反應(yīng)的機(jī)理。原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41589-024-01619-z文章引用：DOI：10.1038/s41589-024-01619-z
