Nature聚焦已知的第二大蛋白

　　

生物通报道  获得巨酶（megaenzyme）的清晰图像并非易事。但这肯定是值得的。这些蛋白在制造许多常见抗生素中起着积极的作用。它们在不断地运动，某些部分可以像耍杂技一样翻转来执行必要的任务。

现在，麦吉尔大学的研究人员第一次获得了在运转中的这样一种药物合成酶，其一个大的组成部分的一系列三维图像。研究人员认为，他们生成的这些图像不仅可以让科学家们更深入地了解许多抗生素的生成机制，通过进一步的研究还可能促使开发出迫切需要的新一代抗生素（延伸阅读：中国科学家新成果引Nature热切关注）。他们的研究成果发布在1月13日的《自然》（Nature）杂志上。

论文的资深作者、麦吉尔大学生物化学系的Martin Schmeing教授说：“这是我们看到过的运转中的这些酶的最完整图像。尽管巨酶是人们已知的第二大蛋白，它们仍然是极小的分子，且非常易变，因此难以看到运转中的它们。”

抗菌药物

研究人员正在研究的酶对于生成从青霉素到环孢菌素等一系列的抗生素起至关重要的作用。这些非核糖体合成酶(NRPSs)在特定细菌内部发挥催化剂作用，使得它们能够杀死所有的竞争细菌。

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NRPSs像小型的装配线那样起作用，通过重复的化学反应组合一些构件。就像汽车装配线一样，这些酶的组装线是由不同的工作站（称作为模块）构成，每个模块添加药物的一个组成部分，在这一过程中制造出了具有新化学特性的抗生素。

让蛋白质不能活动来给它们拍照

由于这些酶太小无法看到，且不断地在运动，Schmeing教授和他的研究小组利用了一些化学陷阱来捕获期望位置上的蛋白质。他们随后利用X-射线晶体学技术获得了生成抗生素短杆菌肽的NPRS第一个模块的一系列3D图像。

论文的第一作者、博士生Janice Reimer 说：“这些3D图像揭示出了NRPS发挥作用合成其产物的完全不同寻常的方式。以往曾获得过其他NRPSs组成元件的图像，但却从未获得过如此多不同合成步骤的快照，及将感兴趣的化学修饰整合到抗生素中去的NRPSs的图像。这些图像揭示出了这些组成部分改变它们有限表面的用途并重新利用它们来与酶的其他组成部分相互作用的精细方式。一旦我们获得充分的认识，就可以利用现代生物工程技术改造NRPSs来生成各种各样带有设计修饰的产物，有可能提供一个真正的新药宝库。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Synthetic cycle of the initiation module of a formylating nonribosomal peptide synthetase

Nonribosomal peptide synthetases (NRPSs) are very large proteins that produce small peptide molecules with wide-ranging biological activities, including environmentally friendly chemicals and many widely used therapeutics1. NRPSs are macromolecular machines, with modular assembly-line logic, a complex catalytic cycle, moving parts and many active sites2, 3. In addition to the core domains required to link the substrates, they often include specialized tailoring domains, which introduce chemical modifications and allow the product to access a large expanse of chemical space3, 4. It is still unknown how the NRPS tailoring domains are structurally accommodated into megaenzymes or how they have adapted to function in nonribosomal peptide synthesis. Here we present a series of crystal structures of the initiation module of an antibiotic-producing NRPS, linear gramicidin synthetase5, 6. This module includes the specialized tailoring formylation domain, and states are captured that represent every major step of the assembly-line synthesis in the initiation module. The transitions between conformations are large in scale, with both the peptidyl carrier protein domain and the adenylation subdomain undergoing huge movements to transport substrate between distal active sites. The structures highlight the great versatility of NRPSs, as small domains repurpose and recycle their limited interfaces to interact with their various binding partners. Understanding tailoring domains is important if NRPSs are to be utilized in the production of novel therapeutics.