近期，上海交通大学生命科学技术学院报道了独特的、具有双功能的安布替星脱水酶（AmbDH3）的底物识别特性与催化分子机制，对深入理解聚酮合酶脱水酶，并进一步开发利用其功能提供了理论指导。石婷副研究员为通讯作者，其指导的硕士生杜泽乾为第一作者。

脱水酶（dehydratase, DH）位于聚酮合酶（polyketide synthase, PKS）模块中，一般通过形成水分子，脱去聚酮链上β-羟基，从而增添一个α-β不饱和双键修饰。研究发现，安布替星聚酮合酶模块3中的DH结构域（AmbDH3）不仅发挥脱水作用，也负责随后的环化反应，是首个报道的同时具有脱水与环化功能的脱水酶。

安布替星（Ambruticins）可以激活高摩尔甘油蛋白激酶途径从而抑制真菌生长，是开发抗真菌药物的重要前体结构。此外，AmbDH3通过分子内oxy-Michael加成反应，实现了手性饱和氧杂环（chiral saturated oxygen heterocycles, CSOH）的合成，有望极大地简化CSOH的合成过程，具有潜在的应用价值。

在该研究中，研究人员结合MD模拟和QM/MM计算，阐明了AmbDH3对底物C2位手性的选择性、对C6位手性的耐受性以及其催化脱水和环化的反应机制。

首先，构建底物C2位为S手性的2S底物（2S6R-1）和 2R底物（2R6R-2 and 2R6S-3）。MD模拟表明，2R底物可以与H51和G61形成氢键网络，而使其H_α朝向H51，有利于脱水反应的发生；而2S底物的H_α则背对H51，使其不宜发生脱水反应。此外，结合自由能计算表明2R底物比2S底物与AmbDH3结合得更紧密。能量分解找到了在识别过程中起重要作用的残基（图1）。

其次，解析了直接和间接的两条脱水途径，QM/MM计算表明直接脱水更具能量优势，其反应能垒为25.2 kcal/mol. 随后，针对是否有水分子参与环化路径进行计算分析，结果表明没有水分子参与的直接环化反应能垒更低，为24.5 kcal/mol。这样，研究人员就完整解析了AmbDH3仅通过一个活性氨基酸H51就催化完成了整个脱水与环化的过程（图2）。

最后，由于脱水后的中间产物C6位存在手性差异，构建底物6R-4和6S-5 与AmbDH3的计算模型，研究发现6R-4向内弯曲成环，而6S-5向外弯曲成环，此过程中6R-4和6S-5都可以与酶形成较为稳定的氢键，但6S-5底物因氢键作用表现出更多更稳定的构象，因此环化效率更高（图3）。

总之，该研究工作从原子分子水平阐明了第一个已知的具有脱水和环化双功能脱水酶AmbDH3的识别和催化机制，这将为如何设计AmbDH3以实现通过化学酶法合成含有特定手性吡喃类天然产物的应用提供指导性意见。