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
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
