Nature Chemistry：揭示多功能周环酶LepI的催化化学键机制

在食品工业中所，不动点化学反应能够同时构建多个碳-碳/碳-除此以外水分子配体，并且往往兼具很高的地区特异性和立体特异性。但在生物中所，乙醇不动点化学反应的复合物却只有少数被刊文过。不相关的胺变位复合物（chorismate mutase）、precorrin-8x乙基变位复合物、SpnF和PyrI4等不动点复合物的骨架表明自然环境变异出新了多种可以乙醇[4+2]内层加成化学反应及其他不动点化学反应的蛋白质折叠官能团，并且这些骨架可以催化反应不动点化学反应的地区特异性和立体特异性。2017年，UCLA的晚唐庆亲王博士课题组刊文了一种S-腺苷乙硫氨胺（SAM）依赖的多新功能不动点复合物LepI，它既能乙醇除此以外Diels-Alder（HDA）化学反应，又能乙醇变Claisen缩合化学反应6。在没有人LepI存在下，阴离子2可以自发油脂构成(E)-3和(Z)-4，并促使自发再次发生水分子内Diels-Alder化学反应（IMDA）或HDA化学反应生成一系列的内层加成化学反应衍生物。而在LepI的乙醇下，2只能亲和性地油脂构成(E)-3，并促使再次发生HDA化学反应构成单一衍生物10，即Leporin C。LepI属于O-乙基转移复合物的王室，但是它没有人乙基转移复合物来时性。为什么该复合物可以立体特异性地乙醇油脂化学反应、HDA化学反应和变Claisen缩合化学反应？SAM的起着又是什么？为了回答这些关配体问题，2019年7月21日，中所国科学院南京分析化学该中所心的周佳海课题组和UCLA的晚唐庆亲王课题组协作在Nature Chemistry除此以外志上发表文章Structural Basis for Stereoselective Dehydration and Hydrogen-Bonding Catalysis by the SAM-Dependent Pericyclase LepI，求解了高分辨率的LepI及其与阴离子1、8、10的一氧化氮晶体骨架，并通过与UCLA的Kendall Houk课题组协作开展理论计算出新来指导，系统地表述了LepI乙醇的水分子前提。在这些一氧化氮骨架中所，阴离子1是作为油脂化学反应的羧胺近似于物来与LepI展开铪检验，借此是说明了立体特异性油脂化学反应反应机理；阴离子10是HDA化学反应和变Claisen缩合化学反应的衍生物，其与LepI的一氧化氮晶体骨架可以用来来得化学反应前后的官能团是否造成了改变；exo衍生物8作为endo衍生物9的近似于物，其与LepI的一氧化氮骨架可用于说明了变Claisen缩合化学反应的反应机理。LepI蛋白质的母体骨架通过硒水分子的单光波反常散射作法被求解。在该骨架中所，两水分子的LepI以N端骨架域互相缠绕交错在两人，而C端骨架域则是兼具O-乙基转移复合物的王室典型的Rossman折叠这种超二级骨架，且每水分子的LepI相结合一水分子辅复合物SAM。基因突变体复合物来时测定检验推测了H133、R295和D296对乙醇来时性的却是为重要起着，相结合LepI-SAM-1、LepI-SAM-8、LepI-SAM-10一氧化氮骨架以及对立体化学一氧化氮骨架的计算出新来，该文提出新批评LepI的乙醇前提很显然如下：1. 油脂反应机理显然为E1-cb必需：却是为重要肽配体H133作为碱，去阴离子衍生物上的4-OH，并且稳固其所的烯醇，而斜链上的羧酸以不饱和共平面的斜向离去，R295以及附近的却是性网路对此有作出新贡献起着。离开的氧水分子(W')显然继续被这些残留物困住，并与碳酰胺保持却是性。LepI的油脂起着是通过将胺和碱配置在不饱和官能团和将线状的醇羧胺2固定在其所的不饱和官能团中所来充分利用1，4-不饱和消除的。2. 在HDA化学反应中所，由于衍生物内层上有多余的空间，所以斜链炔烃可自发旋转到不利于化学反应再次发生的方位。袋子一处的均匀分布起着和亲水起着都是举例来说特异性充分利用的却是为重要。更却是为重要的是，H133和R295可以作为却是性给体，起着了稳固立体化学的起着，减小了反映能垒。3. 在之前的刊文中所，SAM中所的带电对复合物来时颇为却是为重要，这其实了SAM显然兼具电磁乙醇的起着。电磁乙醇是最近被发现的一种乙醇方式。LepI的来时性袋子是均匀分布的，却是性较差，少数的却是性肽配体可造成了一个合适的电荷，使化学甲苯处于适宜化学反应再次发生的取向，稳固立体化学，减小能垒，作出新贡献化学反应的再次发生。虽然晶体骨架中所SAM与羧胺并没有人这样一来接触，但是SAM上的带电会影响来时性袋子的电荷，可以猜测SAM可以稳固比化学甲苯兼具却是高偶却是矩的立体化学。4. 对于变Claisen缩合化学反应，阴离子9已经处于接近NAC（near-attack conformation）的官能团。将H133基因突变为Q或N，该化学反应来时性大幅度下降，这说明H133却是有显然是阴离子的。相结合计算出新来，猜测LepI通过H133和R295的阴离子和电磁起着，来时化了变Claisen缩合的羧胺，稳固了立体化学，从而乙醇了该化学反应。LepI-SAM-1、LepI-SAM-8和LepI-SAM-10一氧化氮晶体骨架中所的来时性袋子。LepI-SAM-1一氧化氮骨架中所，衍生物上的羧酸与H133有却是性起着，六元内层上的氮水分子和斜链上的阴离子与R295、D296等肽配体及袋子中所的氧水分子构成了一个却是性网路。值得注意的是，骨架中所的炔烃斜链并没有人往内层斜向紧邻，构成易于再次发生DA化学反应的官能团，而是甲苯中所的夺取了内层上方的方位。对比三个一氧化氮晶体骨架可以看得出新，二者衍生物及苯内层的相结合方位不同，却是性网路也基本上近似于，但R295的官能团再次发生了更大的转变。在O-乙基转移复合物类的王室中所，存在着His-Glu乙醇二联体。而在LepI中所，His-Glu中所的His被Arg（R295）摒弃了。远比His，Arg是更好的却是性给体，电磁稳固起着也却是高；且Arg碱性远比之下，可能会停留在阴离子的长时间。这很显然就是LepI能乙醇不动点化学反应而不是乙基转移化学反应的却是为重要。该指导不仅拓展了我们对O-乙基转移复合物类的王室的新功能感知，也让我们对SAM的起着有了新认识，同时也其实着着SAM及依赖SAM的复合物在生物循内层系统中所还有更多新起着和新功能等着研究者去发现和探索。远比食品工业中所的乙醇剂，酪氨酸中所的复合物往往兼具却是高的立体亲和性和乙醇效率。鉴于不动点化学反应在合成各个领域中所的却是为更为重要，对新型不动点复合物的发现和探索在未来会酪氨酸以及食品工业作法中所将有着巨大的吸引力。周佳海课题组的博士生蔡毓娟、晚唐庆亲王课题组的博士后Yang Hai和Masao Ohashi并列篇文章第一原作者。晶体衍射原始数据分别在南京光线BL17U1、BL18U1和BL19U1线站收集的。医学专家新浪戈惠明（中山大学生命科学学院博士，国家优秀教师基金获得者）不动点化学反应是一类在化学反应反复中所可构成放射状立体化学的化学反应，在食品工业中所兼具却是为重要的应用。在生物体中所，最近也发现了一系列不动点化学反应复合物，如Claisen缩合化学反应复合物，Cope缩合化学反应复合物以及Diels-Alder化学反应的复合物等，其中所以Diels-Alder化学反应复合物被发现的较多，研究相对来说透彻。在2017年，UCLA的晚唐庆亲王课题组在对取自曲霉菌的Leporin C展开酪氨酸研究时发现，LepI尽管被注释为一个SAM依赖的乙基转移复合物，然而却发现可以同时乙醇油脂化学反应、Diels-Alder、除此以外Diels-Alder以及变Claisen缩合等化学反应，是一罕有的多新功能不动点化学反应复合物。那么，新功能如此多样的LepI是如何发挥作用乙醇起着的，SAM在乙醇反复中所发挥作用了什么起着，来时性二者之间是如何协调各步化学反应的关系的？这些关配体问题均尚待解答。近来，中所国科学院南京分析化学该中所心的周佳海课题组和UCLA的晚唐庆亲王课题组协作揭示了LepI乙醇的水分子前提。他们通过求解油脂化学反应的羧胺近似于物阴离子1与LepI的铪骨架，说明了了LepI立体特异性油脂的化学反应反应机理。同时，发现LepI在乙醇HDA的化学反应中所，由于衍生物上的斜链炔烃自发旋转到有不利于化学反应再次发生的方位，H133和R295通过构成却是性稳固了立体化学，减小了化学反应能垒使得化学反应终于展开。通过对LepI-SAM-1的一氧化氮晶体骨架展开求解，发现SAM在化学反应中所并没有人与羧胺再次发生这样一来的起着而是构成一个却是性网路，通过电磁乙醇来发挥作用起着。通过求解阴离子8与LepI的铪骨架同时相结合化学计算出新来，明确LepI通过H133和R295的阴离子和电磁起着，来时化了变Claisen缩合的羧胺，稳固了立体化学，从而乙醇了该化学反应。通过对却是为重要乙醇来时性的点基因突变，推测猜测的前提是合理的。再一原作者通过将LepI与O-乙基转移复合物类的王室中所的其它复合物展开来得发现，本来的乙醇二联体His-Glu在LepI中所变异成Arg-Glu，这一转变使得LepI变异为一个多新功能的不动点化学反应复合物。不动点化学反应复合物由于高度的立体亲和性和高效的成配体方式在天然衍生物酪氨酸中所有却是为重要的起着。而LepI作为目前被刊文的颇为罕有的多新功能不动点化学反应复合物，对其乙醇前提的明了阐述为今后促使技术改造和利用打下了为基础。完整出新处：Yujuan Cai, Yang Hai, Masao Ohashi, Cooper S. Jamieson,et al.Structural basis for stereoselective dehydration and hydrogen-bonding catalysis by the SAM-dependent pericyclase LepI ,Nature Chemistry (2019) ,Published: 22 July 2019