光學(xué)純環(huán)氧化合物是制備部分醫(yī)藥、農(nóng)藥、天然活性物質(zhì)的重要前體，烯烴不對稱環(huán)氧化是制備光學(xué)純環(huán)氧最直接有效的方法之一。苯乙烯單加氧酶能夠催化部分烯烴不對稱環(huán)氧化來制備光學(xué)純(R)-或(S)-環(huán)氧化合物。然而，該酶催化烯烴不對稱環(huán)氧化的立體調(diào)控機制尚不明晰，阻礙了學(xué)界通過蛋白質(zhì)工程改造獲得立體選擇性高且底物譜寬泛的酶制劑。
針對上述問題，中國科學(xué)院成都生物研究所聯(lián)合深圳先進技術(shù)研究院及河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，解析了(R)-選擇性苯乙烯單加氧酶SeStyA晶體結(jié)構(gòu)，并結(jié)合計算模擬分析，闡釋了(R)-選擇性苯乙烯單加氧酶催化烯烴環(huán)氧化的立體調(diào)控機制，為構(gòu)建催化不同底物的(R)-或(S)-立體選擇性環(huán)氧化突變體提供理論指導(dǎo)。
研究人員解析了來自鏈霉菌Streptomyces vilmorinianum的(R)-選擇性苯乙烯單加氧酶SeStyA晶體結(jié)構(gòu)，并結(jié)合分子動力學(xué)模擬，確定了活性中心的A59、A312、S178及A219位點或為控制該酶催化環(huán)氧化立體選擇性的關(guān)鍵位點。同時，研究人員通過點突變分析發(fā)現(xiàn)，C=C近端殘基（A59和A312）與遠端殘基（S178和A219）大小決定該酶催化的立體選擇性。立體選擇性機制遵循“拔河”模式，即大近端殘基和小遠端殘基將該酶“拉向”(R)-立體偏好性，而小近端殘基和大遠端殘基將該酶“拉向”(S)-立體偏好性。這一“拔河”模式在其他苯乙烯單加氧酶AaStyA和NaStyA中得到驗證。
進一步，在該“拔河”模式立體控制機制指導(dǎo)下，研究人員深入分析了各位點間的協(xié)同效應(yīng)，并構(gòu)建了一系列針對不同類型化合物具有優(yōu)異(R)-或(S)-立體選擇性的突變體。研究通過分子動力學(xué)模擬，闡明了該“拔河”模式的分子基礎(chǔ)。結(jié)果顯示，底物在含大遠端突變體S178Y中，以Re-face構(gòu)型結(jié)合的自由能低于Si-face構(gòu)型，生成(S)-環(huán)氧產(chǎn)物；而底物在含大近端小遠端突變體Mut4R（S178G/F57A/A312F/A59M）中，以Si-face構(gòu)型結(jié)合的自由能低于Re-face構(gòu)型，生成(S)-環(huán)氧產(chǎn)物。因此，底物在酶催化活性中的結(jié)合構(gòu)型決定了該酶催化的立體選擇性。
近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、四川省等的支持。
論文鏈接
SeStyA晶體結(jié)構(gòu)及影響其催化立體選擇性的關(guān)鍵位點解析
SeStyA（左）及其突變體（右）立體選擇性催化不同烯烴環(huán)氧化
SeStyA及其突變體與不同構(gòu)象底物的結(jié)合自由能分析
本文鏈接：研究揭示(R)-選擇性苯乙烯單加氧酶晶體結(jié)構(gòu)及其立體調(diào)控機制http://www.sq15.cn/show-12-1564-0.html
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