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 Reaction Mechanism of MHETase, a PET Degrading Enzyme
PET降解酶MHETase的反應機理
2016年，Ideonella sakaiensis201-F6參與聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）降解途徑的兩種酶之一的MHETase，被發現在室溫下對PET單體羥乙基對苯二甲酸酯表現出很強的降解能力，將其轉化回用於 PET 生產的前體。用於提高MHETase效率的酶工程是一個活躍的領域，但其反應機制的表徵不完整。本文作者在 B3LYP/MM 理論水平上使用傘狀取樣分子動力學模擬分析了 MHETase 的反應機理。作者發現MHETase分兩步催化MHET的轉化，限速步活化勢壘為Δ G⧧= 19.35 ± 0.15 kcal·mol–1。該計算過程符合每一個假設，即一個瞬態四面體中間體介導了每一步的反應機理，這在絲氨酸水解酶類中是很常見的。第一個四面體中間體的能量與反應態相近，而脫乙醯步驟的四面體中間體更接近限速過渡態。然而，這兩種確定的四面體狀態都是瞬態的，相對於醯化和脫醯化階段的產物狀態，活化勢壘接近於約2.0 kcal·mol-1。
02 Computational Redesign of an ω-Transaminase from Pseudomonas jessenii for Asymmetric Synthesis of Enantiopure Bulky Amines
來自傑西尼假單胞菌的 ω-轉氨酶的計算重新設計，用於不對稱合成對映大體積胺
ω-轉氨酶 (ω-TA) 是由前手性酮不對稱合成手性胺的潛力生物催化劑。然而，由於活性位點口袋的空間位阻，ω-TA的底物譜通常是有限的。本文作者使用計算設計探索了一種蛋白質工程策略，以擴大來自傑西尼假單胞菌的 ω-轉氨酶（PjTA-R6）的底物譜來生產大體積胺。PjTA-R6因其熱穩定性、對有機溶劑的耐受性以及可接受高濃度異丙胺作為氨基供體而在生物催化領域中具有廣闊的應用前景。作者對由 7-18 個變體組成的六個小型文庫分別透過計算方法設計，並在實驗室中進行酮胺轉化測試。在每個文庫中，絕大多數變體都顯示出所需的活性，在 40 種不同的設計中，有 38 種以良好的產率生產目標胺，對映體過量 >99%。這表明，PjTA-R6突變體的底物範圍和對映選擇性可以在計算機上進行高精度的預測。
03 Structural Determinants of Substrate Recognition and Catalysis by Heparan Sulfate Sulfotransferases
硫酸乙醯肝素磺基轉移酶底物識別和催化的結構決定因素
硫酸乙醯肝素 (HS) 和肝素均含有印記的“硫酸化編碼”，這決定了它們不同的生理和病理功能。它們由一組酶協同聚合和修飾 HS 鏈，而在合成肝素上重現這種硫酸化模式的酶的生物技術開發具有挑戰性，主要是由於缺乏磺基轉移酶的定量資料。本文作者確定了決定底物特異性的關鍵結構特徵，並闡明瞭兩種 HS 磺基轉移酶，2-O-磺基轉移酶 (HS2ST) 和 6-O-磺基轉移酶 (HS6ST) 糖硫酸化的催化機制。HS2ST 中的兩組分子鉗識別合適的底物；這些夾子位於受體結合位點的兩側。相比之下，HS6ST 識別的底物範圍更廣。這種雜亂性是由保守的色氨酸殘基W210提供的，它透過強靜電相互作用將受體定位在活性位點內進行催化。賴氨酸 K131 和 K132 與第二個色氨酸 W153 協同作用，從活性位點內釋放水分子，從而為 HS6ST 提供對 2-O-硫酸化底物的結合偏好。透過QM/MM 計算確定 HS2ST 和 HS6ST 的硫酸化遵循類似 SN2機制。
04 Expanding the Substrate Specificity of Macro Domains toward 3″-Isomer of O-Acetyl-ADP-ribose
宏結構域擴寬了對O-乙醯-ADP-核糖3"-異構體的底物特異性
O-乙醯-ADP-核糖 (OAADPR) 是從釀酒酵母中保守的去乙醯化酶反應中鑑定的訊號分子，參與基因沉默、氧化還原調節和衰老等重要的細胞功能。本文作者對酵母Poa1p宏結構域進行了詳細的生化和結構表徵，發現了一個不尋常的對3″-和1″-o-乙醯-ADP-核糖的脫乙醯酶活性，有利於3″-和1″- o -乙醯- adp -核糖的異構體。Poa1p 獨特的活性位點殘基有助於明確不同的底物特異性，從而闡明瞭POA1 樣亞類的不同分支。
05 Diversification of 4′-Methylated Nucleosides by Nucleoside Phosphorylases
核苷磷酸化酶對 4'-甲基化核苷的多樣化作用
藥物和生物化學對4 ' -修飾核苷類似物的需求日益增長，與此形成對比的是，這些分子的合成途徑具有挑戰性，而且缺乏有效的多樣化策略。本文作者報告了一種基於核苷磷酸化酶的生物催化多樣化的方法，該方法允許在 4'-烷基化糖支架上直接安裝各種嘧啶和嘌呤核鹼基。在確定合適的生物催化劑並透過動力學實驗和對接研究對其進行表徵後，作者系統地探索了該反應體系的平衡熱力學，透過熱力學控制原理對轉糖基化反應的產率進行了合理的預測。總的來說，這項工作提供了分析方法和熱力學框架，概述了表徵核苷磷酸化和轉糖基化系統的一般路線圖。
