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，通訊作者是來自加州理工學院的Frances H. Arnold教授，她是2018年諾貝爾化學獎得主，開創(chuàng)了酶的定向進化領域。
芳香族氨基酸(aroAAs)是所有生命蛋白質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反應，將一種芳香族前體分支酸(Chorismate)轉化為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)上獲得了很大應用，但TPL和Trpase不是“合酶”，且在熱力學上不利。本文中，作者認為色氨酸合酶的β亞基通過催化吲哚的Friedel-Crafts(傅-克)烷基化完成所有已知Trp生物合成的最后一步，有可能設計出一種類似TrpB的“酪氨酸合酶”TyrS，該酶催化酚類的傅-克烷基化反應并能避免TPL的降解活性，因為TrpB的反應途徑生成穩(wěn)定的氨基丙烯酸酯中間體，從而在熱力學上有利。直接使用苯酚作為TrpB及其變體的底物時，無法檢測到任何氨基酸產(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化墊腳石。作者首先使用1-萘酚作為富電子苯酚類似物，發(fā)現(xiàn)能夠在對位形成C-C鍵；且將活性位點E105突變?yōu)镚ly能夠增加對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-取代苯酚逐步進化至苯酚底物，最后定向進化得到的TmTyrS6能夠以>99.5%的對映選擇性和區(qū)域選擇性合成Tyr。作者隨后解析了TyrS的結構，結合理論計算揭示了活性位點配位水分子能夠介導與底物官能團的靜電相互作用，從而實現(xiàn)催化反應。最后，作者還使用TyrS進化過程中的變體，以克為量級實現(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，本文作者通過定向進化改造色氨酸合酶TrpB，得到了酪氨酸合酶TyrS，并揭示了進化過程和催化反應的機理。原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41589-024-01619-z文章引用：DOI：10.1038/s41589-024-01619-z
