萜烯合酶（TPS）催化脂肪族戊烯基二磷酸前体的环化，以合成自然界中丰富的萜烯天然产物。由于环化反应的高度动态性以及还未获得酶的结构，非种子植物来源的TPS生物合成萜类化合物的机制研究尚不清楚。近期，Queen’s University Belfast Huang Meilan和天津大学乔建军教授团队合作发现了一个来自Jungermania exsertifolia的I型TPS JeST4，并阐明了它在催化过程中与底物和关键碳阳离子中间体的复合物的催化活性结构。
图片来源：ACS Catal.
通过Alphafold和ITASSER对JeST4进行结构模拟，对两种结构的比较表明，Alphafold模型能更好地预测D106-P152二级结构。通过分析结构发现，D106通过调节R294或R225形成的闸门对酶的活性至关重要。此外，从共同进化研究和计算模拟中确定了两个热点区域，G91S和R242K突变分别将转化率提高了39倍和11倍。
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分子动力学模拟表明，TPS有三个Mg2+与法尼基焦磷酸的焦磷酸基团配位，在两种突变体中，R294能够稳定底物焦磷酸盐基团，类似于在远亲细菌来源的TPS中观察到的主要相互作用网络。
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此外，核磁共振和分子动力学模拟表明，JeST4催化底物形成了一种不同寻常的C10-(S)-双环大牛儿烯。
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综上，该项研究证明了计算非种子植物源TPS信息工程的能力。从非种子植物中发现新的TPS酶和计算机工程化将有助于开发这种超廉价的酶，作为生产有价值的萜类产品的潜在生物催化剂。
参考文献：Computer-Informed Engineering: A New Class I Sesquiterpene Synthase JeSTS4 for the Synthesis of an Unusual C10‑(S)‑Bicyclogermacrene
ACS Catal. 2022, 12, 4037−4045
原文作者：Xiaoguang Yan,◆ Jiahui Zhou,◆ Jianjun Ge,◆ Weiguo Li, Dongmei Liang, Warispreet Singh, Gary Black, Shengxin Nie, Jian Liu, Meiqing Sun, Jianjun Qiao,* and Meilan Huang*
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