
中國科學院上海有機化學研究所周佳海課題組與華東理工大學許建和課題組合作,在環(huán)氧水解酶的結構解析與功能改造研究中取得重要進展,相關成果于2014年10月20日在線發(fā)表于國際知名期刊《美國科學院院刊》 (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,得到光學純產物可用于手性藥物的制備。天然來源的環(huán)氧水解酶不具備在藥物合成中的廣譜性,特別是對一些大位阻底物只有很低的催化活性和立體選擇性。傳統的蛋白質工程改造研究基本都集中在底物進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合物的高分辨率晶體結構,然后從結構信息和酶動力學數據出發(fā)推測該環(huán)氧水解酶存在獨立的產物釋放通道,與現已報道的環(huán)氧水解酶結構有顯著差別。該觀點得到了蛋白質質譜、突變體三維結構、分子動力學模擬等實驗結果的證實,揭示了酶的活性中心與產物釋放通道之間的區(qū)域是影響催化活性的瓶頸位置。針對新發(fā)現關鍵位點的定點突變可大幅提高酶對大位阻底物的催化活性和立體選擇性,其中對心血管藥物分子普洛奈爾手性前體的拆分效率提高達100倍。在此基礎上對這些位點進行飽和突變可以量身定制出不對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(Angew Chem Int Ed 2014, 53: 6641–6644),有關工作被SynFact (2014, 10(8): 0886)作為亮點報道。
該項工作首次發(fā)現了環(huán)氧水解酶催化過程中產物的釋放效率直接影響不同底物整體反應的快慢,創(chuàng)新性地提出了針對產物釋放限制進行酶分子改造的新策略。研究成果凸顯了酶的結構解析和理性設計在蛋白質工程領域的應用價值,展現了生物催化劑工程的巨大潛力。該研究由博士生孔旭東擔綱完成,得到了國家重點基礎研究發(fā)展計劃(“973”計劃)和國家自然科學基金的支持。
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
http://www.biotech.org.cn/information/124525

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