ACS Catalysis | 2021年9月份最新文章導讀

本期我們推送的蛋白質結構與功能領域相關的文章來自ACS集團旗下的子刊ACS Catalysis，其主要刊發催化領域的重要研究進展，包括原創文章和綜述等，2020年的影響因子為13.084。

01 Kinetic Characterization of a Putatively Chitin-Active LPMO Reveals a Preference for Soluble Substrates and Absence of Monooxygenase Activity

假定幾丁質活性 LPMO 的動力學表徵揭示了對可溶性底物的偏好和單加氧酶活性的缺失

裂解多糖單加氧酶 (LPMO) 因其在生物質轉化中降解頑固多糖（如纖維素和幾丁質）的能力而受到廣泛關注。LPMO在自然界中很豐富，並且根據它們的序列分為七個不同的家族（AA9-AA11 和 AA13-AA16）。雖然這些 LPMO 中的一些在生物質轉化中的作用已經確立，但許多（假定的）LPMO 的生物學作用仍然是個謎。例如，大多數特徵性細菌 LPMO 對幾丁質具有活性，但在似乎沒有發生幾丁質轉化的生物生態位中遇到了幾丁質活性 LPMO。這可能表明幾丁質不是其中一些酶的真正底物。為了尋求功能多樣性，本文作者以來自煙麴黴( Af AA11B)的假定幾丁質活性LPMO為材料。結果表明，AfAA11B 具有顯著的且迄今為止從未描述過的對可溶性殼寡糖的活性。AfAA11B的深入功能表徵揭示了多個不尋常的 LPMO 特徵，例如低氧化還原電位、高氧化酶活性和對可溶性底物的強烈偏好，表明該 AA11 參與了幾丁質降解以外的過程。此外，辣根過氧化物酶 (HRP) 的競爭實驗表明，這種 LPMO 的單加氧酶活性基本上不存在，是一種嚴格的過氧化物酶。

02 Reaction Mechanism of the PET Degrading Enzyme PETase Studied with DFT/MM Molecular Dynamics Simulations

用 DFT/MM 分子動力學模擬研究 PET 降解酶 PETase 的反應機理

聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 已被廣泛用於製造一次性瓶子等，導致環境中大量 PET 垃圾堆積。Ideonella sakaiensis的PETase 和 MHETase 酶將 PET 水解成其構成單體，為 PET 生物回收開闢了一條有前景的途徑。作者在PBE/MM MD 水平上使用傘形取樣模擬對 PETase 催化反應機制進行了原子學和熱力學解釋。反應機制分為兩個階段，即醯化和脫醯化，每個階段都透過一個單一的、關聯的、協同的和非同步的步驟發生。醯化包括從 Ser131 到 His208 的質子轉移，伴隨 Ser131 對底物的親核攻擊，形成四面體過渡態，隨後導致酯鍵斷裂後 MHET 的釋放。脫醯基作用是由 His208 對活性位點水分子的去質子化驅動的，產生的氫氧根攻擊醯化的 Ser131 中間體並破壞其與底物的鍵。隨後，His208 將水質子轉移到 Ser131，隨之形成 MHET 和酶再生。

03 Structural and Biochemical Studies Enlighten the Unspecific Peroxygenase from Hypoxylon sp. EC38 as an Efficient Oxidative Biocatalyst

結構和生化研究揭示了來自Hypoxylon sp.EC38 的非特異性過氧化酶是一種高效的氧化生物催化劑

非特異性過氧化酶 (UPO) 是糖基化的真菌酶，可以選擇性氧化 C-H 鍵。UPO 使用過氧化氫作為氧供體和還原劑。由於這種易於處理的共底物和不需要還原劑，UPO 正成為一種方便的氧化生物催化劑。本文作者對在畢赤酵母中異源表達的六種假設過氧酶的活性篩選，鑑定了來自Hypoxylonsp. EC38 (HspUPO)的一種非特異性過氧化酶。HspUPO是一種多功能催化劑，可進行各種反應，例如伯醇和仲醇的氧化，環氧化和羥基化。HspUPO具有緊湊和剛性的三維構象，包裹著亞鐵血紅素，具有一個漏斗形隧道，從蛋白質表面通向亞鐵血紅素鐵。其表面包含疏水基團和親水基團，用於處理不同極性的底物。幾種蛋白質-配體複合物的結構研究表明，HspUPO的活性位點可用於不同體積的分子，而構象變化很小或沒有，這解釋了該酶相對廣泛的底物範圍。HspUPO具有表達系統簡單、操作效能強、體積小、結構特徵明確、反應範圍廣等優點，是一種可用於過氧化酶生物催化的候選材料。

04 The Peptide Ligase Activity of Human Legumain Depends on Fold Stabilization and Balanced Substrate Affinities

人豆莢蛋白的肽連線酶活性取決於摺疊穩定性和平衡的底物親和力

透過酶促斷裂和形成肽鍵進行的蛋白質修飾顯著擴充套件了遺傳編碼蛋白質序列庫。人豆莢蛋白在單個蛋白質支架內發揮著蛋白酶-連線酶兩種相反的活性。豆莢蛋白主要位於內溶酶體系統，是產生抗原肽的關鍵酶，用於隨後MHCII複合物的形成。本文作者研究表明人豆莢蛋白在接近中性的pH 條件下催化線性肽的連線和環化，在這裡，其本質上是不穩定的。構象穩定顯著增強了人豆莢蛋白的連線酶活性，這進一步受益於對主要底物識別位點的改造以提高親和力。此外，作者的研究表明，特定的豆莢蛋白啟用狀態允許對其活性進行差異調節。這些結果為工程化豆莢蛋白蛋白酶和連線酶在生物技術和藥物開發中的應用奠定了基礎。

05 Machine-Directed Evolution of an Imine Reductase for Activity and Stereoselectivity

用於活性和立體選擇性的亞胺還原酶的機器定向進化

生物催化是獲取難以合成或純化的手性分子的有效工具。需要時間效率高的過程來開發能夠充分執行所需化學反應的酶。本文作者使用中度立體選擇性亞胺還原酶作為模型，系統評估了機器定向進化的酶工程策略，將機器定向進化方法與深度突變掃描 (DMS) 和易錯 PCR 進行了比較。在一個週期內，與傳統的定向進化相比，機器定向進化產生了一個高活性突變體庫，其活性分佈發生了巨大的變化。結構導向分析表明，線性可加性可以為機器定向進化的有效性提供一個簡單的解釋。

06 Functional Characterization and Crystal Structure of the Bifunctional Thioesterase Catalyzing Epimerization and Cyclization in Skyllamycin Biosynthesis

Skyllamycin生物合成中催化差向異構化和環化的雙功能硫酯酶的功能表徵和晶體結構

氨基酸殘基是非核糖體肽的標誌性結構塊。D-構型可以抵抗L-特異性蛋白酶催化的蛋白質水解，在生物合成過程中提供適當的立體化學約束，並在生物活性中發揮重要作用。Skyllamycins 是一類非核糖體環狀縮酚肽天然產物，對血小板衍生生長因子 (PDGF) 訊號通路具有抑制活性和抗菌膜活性。本文作者進行了在skylamycin生物合成中催化C端殘基差向異構化和分子內環化的雙功能硫酯酶TE結構域(Skyxy-TE)的功能表徵，首次證實了TE結構域在環肽生物合成中的差向異構化和環化功能。透過結構解析和定點誘變，揭示了差向異構化和環化中涉及的關鍵殘基。