中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保所解析了微生物代謝途徑中Baeyer-Villiger單加氧酶的區(qū)域選擇性決定機制

   2022-03-22 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所940
核心提示:近日,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所植物病害生物防治創(chuàng)新團隊聯(lián)合德國馬普煤炭所、中國科學(xué)院等單位在國際知名期刊《美國化學(xué)會催化(ACS catalysis)》在線發(fā)表了研究論文。該論文解析了微生物代謝途徑中Baeyer-Villiger單加氧酶的區(qū)域選擇性決定機制。……(世界食品網(wǎng)-m.cctv1204.com)
近日,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所植物病害生物防治創(chuàng)新團隊聯(lián)合德國馬普煤炭所、中國科學(xué)院等單位在國際知名期刊《美國化學(xué)會催化(ACS catalysis)》在線發(fā)表了題為“Biocatalytic Baeyer?Villiger Reactions: Uncovering the Source of Regioselectivity at Each Evolutionary Stage of a Mutant with Scrutiny of Fleeting Chiral Intermediates”的研究論文。該論文解析了微生物代謝途徑中Baeyer-Villiger單加氧酶的區(qū)域選擇性決定機制。
 
  Baeyer-Villiger單加氧酶廣泛參與微生物代謝產(chǎn)物和天然產(chǎn)物的合成與降解過程,通過酶定向改造獲得性能優(yōu)良的突變體可提高目標代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量,或改變目標代謝產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)提升其活性,是創(chuàng)制微生物代謝產(chǎn)物農(nóng)藥的重要技術(shù)手段之一。本團隊前期通過定向改造方法成功反轉(zhuǎn)了Baeyer-Villiger單加氧酶TmCHMO對鏈式酮底物的區(qū)域選擇性( J. Am. Chem. Soc.  2018,  140 , 10464-10472),然而決定其區(qū)域選擇性反轉(zhuǎn)的調(diào)控機制尚不清楚。
 
  本論文解析了Baeyer-Villiger單加氧酶TmCHMO對鏈式酮底物4-苯基-2-丁酮的區(qū)域選擇性的控制機制。作者首先構(gòu)建了最優(yōu)突變體LGY3-D-E1中4個點突變的所有突變組合,并測定了這些突變體催化4-苯基-2-丁酮單加氧反應(yīng)的區(qū)域選擇性。隨后,系統(tǒng)分析了不同突變位點之間的協(xié)同和拮抗作用,從中選取了一條有利的路徑進行深入解析。通過研究該路徑中突變體的晶體學(xué),成功解析了單突變L437T的晶體結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上,采用量子化學(xué)計算的方法對最優(yōu)路徑中的野生酶及四個突變酶的反應(yīng)路徑和選擇性進行了計算模擬,通過對生成不同產(chǎn)物對應(yīng)的過渡態(tài)結(jié)構(gòu)進行分析,精確解析了區(qū)域選擇性的反轉(zhuǎn)機制。尤為值得關(guān)注的是,研究發(fā)現(xiàn)定向進化路徑中的不同突變會影響Criegee過渡態(tài)中間體的立體構(gòu)型,進而影響反應(yīng)的區(qū)域選擇性。該成果為Baeyer-Villiger單加氧酶的進一步改進和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ),推動了該酶在微生物代謝產(chǎn)物農(nóng)藥研究中的應(yīng)用,具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。
 
  中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護研究所董義杰博士后(已出站)為本論文的共同第一作者(排名第一),李廣悅研究員為共同通訊作者。相關(guān)研究工作得到了中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程農(nóng)科英才項目和國家自然科學(xué)基金項目的資助。
 
  全文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c00415



日期:2022-03-22
 
地區(qū): 歐洲 德國
行業(yè): 食品檢測
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