全球微动态丨揭秘专一性催化氨基酸羟基化的分子机制

• 2023-01-18 17:54:28 来源：科技日报

(资料图片)

科技日报讯（记者陈曦）在有机合成中，非活性的C-H键的氧化是一种非常重要的反应，通过生物的手段研发特异的酶催化反应在医药合成等领域具有非常重要的意义。近日，江南大学生物工程学院聂尧教授与湖北大学生命科学院郭瑞庭教授、中科院天津工业生物技术研究所刘卫东研究员合作，以专一性催化氨基酸羟基化的L-异亮氨酸双加氧酶（IDO）为研究对象，探索IDO对特异氨基酸具有选择性的原因和调控机制。相关研究成果发表在酶催化权威期刊《‏美国化学会·催化》上，并获选为封面文章。

羟基氨基酸是一类重要的化合物，可作为原料药、医药中间体、饲料添加剂、食品强化剂、香料等，广泛应用于医药、食品、化工等领域。其中，4-羟基正亮氨酸作为酰基高丝氨酸内脂的类似物，具有调控真核细胞基因表达的重要生理功能。

随着羟基氨基酸及其他羟基化衍生类重要医药中间体的应用需求不断扩大的情况下，是否能在氨基酸不同的位置加上羟基对于扩展羟基氨基酸的功能具有重要影响，而利用绿色、高效、无毒的酶反应也逐渐成为目前关注的热点。

聂尧介绍，在我们之前的研究发现，IDO催化羟基化L-正亮氨酸（L-Nle）时会同时生成4-羟基正亮氨酸（4-HNL）和5-羟基正亮氨酸（5-HNL）这两种产物，专一性较低，我们的目标产物4-HNL的产物纯度仅有78.9%，这样就难以进行接下来的纯化与应用。

如何调控选择性，创制高专一性羟基化酶？

IDO进行酶催化时，需要二价铁离子（Fe2+）和α-酮戊二酸的帮助（2-KG）。课题组解析了IDO的酶蛋白结构，并且经由计算分析，预测了和反应底物分子有关的酶重要位点。

课题组又在研究过程中发现了决定反应专一性的一个最关键位点T244，并针对T244位点进行深入研究时，将其突变为更小的氨基酸时，发现酶的专一性显著提高了，其中，三个突变体T244A、T244G、T244S催化的4-HNL产物纯度分别提高至95.1%、96.6%和95.3%。

“更令我们惊喜的是，突变体T244S在提高了位置专一性的同时，仍然保留了和原本酶同等高水平的催化活性，我们也实现了酶活性和选择性的协同调控。”聂尧表示。

刘卫东表示，这一工作揭示了双加氧酶选择性识别底物和催化羟基化反应的分子机制，对利用双加氧酶作为重要工具以发展高附加值化学品的绿色生物制造具有重要意义。

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