
上海有機(jī)所發(fā)現(xiàn)環(huán)氧水解酶存在獨(dú)立的產(chǎn)物釋放通道
中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所周佳海課題組與華東理工大學(xué)許建和課題組合作,在環(huán)氧水解酶的結(jié)構(gòu)解析與功能改造研究中取得重要進(jìn)展,相關(guān)成果于10月20日在線發(fā)表于國(guó)際知名期刊《美國(guó)科學(xué)院院刊》 (Proc. Natl. Acad. Sci. USA)。
環(huán)氧水解酶催化環(huán)氧化物的立體選擇性水解,得到光學(xué)純產(chǎn)物可用于手性藥物的制備。天然來(lái)源的環(huán)氧水解酶不具備在藥物合成中的廣譜性,特別是對(duì)一些大位阻底物只有很低的催化活性和立體選擇性。傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)工程改造研究基本都集中在底物進(jìn)入通道以及酶催化活性中心區(qū)域上。在本研究中,研究人員首先解析了來(lái)源于巨大芽孢桿菌的環(huán)氧水解酶BmEH的母體及其與底物類似物復(fù)合物的高分辨率晶體結(jié)構(gòu),然后從結(jié)構(gòu)信息和酶動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)出發(fā)推測(cè)該環(huán)氧水解酶存在獨(dú)立的產(chǎn)物釋放通道,與現(xiàn)已報(bào)道的環(huán)氧水解酶結(jié)構(gòu)有顯著差別。該觀點(diǎn)得到了蛋白質(zhì)質(zhì)譜、突變體三維結(jié)構(gòu)、分子動(dòng)力學(xué)模擬等實(shí)驗(yàn)結(jié)果的證實(shí),揭示了酶的活性中心與產(chǎn)物釋放通道之間的區(qū)域是影響催化活性的瓶頸位置。針對(duì)新發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵位點(diǎn)的定點(diǎn)突變可大幅提高酶對(duì)大位阻底物的催化活性和立體選擇性,其中對(duì)心血管藥物分子普洛奈爾手性前體的拆分效率提高達(dá)100倍。在此基礎(chǔ)上對(duì)這些位點(diǎn)進(jìn)行飽和突變可以量身定制出不對(duì)稱合成其他心血管藥物β-阻斷劑藥物前體的環(huán)氧水解酶突變體庫(kù)(Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 6641–6644),有關(guān)工作被SynFact 2014, 10(8), 0886作為亮點(diǎn)報(bào)道。
該項(xiàng)工作首次發(fā)現(xiàn)了環(huán)氧水解酶催化過(guò)程中產(chǎn)物的釋放效率直接影響不同底物整體反應(yīng)的快慢,創(chuàng)新性地提出了針對(duì)產(chǎn)物釋放限制進(jìn)行酶分子改造的新策略。研究成果凸顯了酶的結(jié)構(gòu)解析和理性設(shè)計(jì)在蛋白質(zhì)工程領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值,展現(xiàn)了生物催化劑工程的巨大潛力。該研究由博士生孔旭東擔(dān)綱完成,得到了國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(“973”計(jì)劃)和國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。

原文檢索:Xu-Dong Kong, Shuguang Yuan, Lin Li, She Chen, Jian-He Xu, Jiahai Zhou. Engineering of an epoxide hydrolase for efficient bioresolution of bulky pharmaco substrates. PNAS, October 20, 2014, doi: 10.1073/pnas.1404915111
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