《酶催化的立體選擇性色氨酸-beta-C-甲基化反應及其機理研究》是依託上海交通大學，由林雙君擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：酶催化的立體選擇性色氨酸-beta-C-甲基化反應及其機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：林雙君
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
許多天然產物包括鏈黑菌素、淡紫醌黴素、海洋黴素、吲哚黴素、FR 900452等，它們均含有b-C-甲基色氨酸結構單元。我們在研究鏈黑菌素和海洋黴素的生物合成機制的過程中，發現一個由三個酶（氨基轉移酶、甲基轉移酶和一個Cupin蛋白）構成的催化體系，可以立體選擇性地控制(2S,3S)-3-甲基色氨酸和(2S,3R)-3-甲基色氨酸的生物合成。我們擬在此基礎上展開研究：（1）建立氨基轉移酶和甲基轉移酶催化色氨酸b-C-甲基化反應的過程；（2）闡明這三個酶通過不同的組合方式控制(2S,3S)-和(2S,3R)-3-甲基色氨酸的立體選擇性合成的機制；（3）揭示甲基轉移酶與Cupin蛋白直接催化(2S,3S)-和(2S,3R)-3-甲基色氨酸合成的酶學機理。這項研究不僅可以加深我們對酶催化不對稱反應理論的理解，而且可以指導不對稱化學反應的設計。
結題摘要
自然界中有些天然產物含有(2S,3S)-beta-甲基色氨酸結構單元如FR900452和Maremycin，有些天然產物含有(2S,3R)-beta-甲基色氨酸結構單元如吲哚黴素，telomycin 和chaetoglobisins等，鏈黑菌素，鏈黑菌酮和淡紫醌黴素據報導是以(2S,3R)-beta-甲基色氨酸為起始原料合成的。我們以Maremcyin和鏈黑菌素為研究對象，從基因和蛋白質水平系統研究了(2S,3R)-beta-甲基色氨酸和(2S,3S)-beta-甲基色氨酸的生物合成機制。甲基轉移酶MarI/StnQ1與氨基轉移酶MarG/StnR共同作用催化從色氨酸合成(2S,3R)-beta-甲基色氨酸，而當未知功能蛋白MarH/StnK3加入甲基轉移酶和氨基轉移酶的反應體系則催化色氨酸產生(2S,3S)-beta-甲基色氨酸。MarH和StnK3被證實為異構化酶，並利用同位素標記底物和點突變研究初步探討了它們的催化異構化的酶學機理。 利用晶體衍射技術獲得了甲基轉移酶MarI與甲基供體SAM、MarI-SAM-Inpy (吲哚丙酮酸，甲基受體)、和MarI-SAH-beta-MeInpy (beta-甲基吲哚丙酮酸，甲基化產物)等複合物的晶體結構，揭示了MarI是一個二聚體，並且結合一個三價鐵離子。兩個組氨酸、吲哚丙酮酸、水和SAM的氨基與Fe3+形成的六配位，使Fe3+與酶的結合顯著增強，這是第一個利用SAM的氨基參與螯合金屬離子的甲基轉移酶。通過這些結構的解析清晰地闡明了甲基轉移酶結合底物的位點和催化甲基轉移的機理。 此外，我們還發現催化異構化的酶MarH/StnK3還可以催化氯黴素類似物的醯基化反應，MarH/StnK3具有對醯基受體底物的R-立體專一性和對醯基供體底物的一定底物寬泛性。並且通過定點突變研究，初步揭示了它們催化醯基化反應的關鍵胺基酸殘基。 這些研究不僅第一次闡明了自然界中存在beta-甲基色氨酸兩種構型形成的生物學基礎，而且為大規模製備這兩種構型beta-甲基色氨酸的生物催化途徑。此外還發現了一類全新的Cupin蛋白，儘管只有大約100個胺基酸，但是可以同時催化異構化反應和氯黴素類似物的醯基化反應，豐富了這個家族的多樣性。
