用于融合双环醚形成的酶促抗鲍德温环闭合级联反应

《Journal of the American Chemical Society》：Enzymatic Anti-Baldwin Ring-Closure Cascade for Fused Bicyclic Ether Formation

Pyrenulic acids（pya）生物合成基因簇的解析及其关键酶催化机制研究。通过基因组测序和异源宿主表达验证，发现PyaJ和PyaG分别催化末端烷基链的环氧化和羟基化，PyaF通过连续6-endo和7-endo环化构建融合双环醚骨架。密度泛函理论计算和分子动力学模拟揭示PyaF独特催化四联体（Ser170、Asn342、Asp314、His169）及双His通用碱基（Tyr255、His284）的协同催化机制。

　　

Pyrenulic酸是一种从子囊菌Pyrenula中分离得到的细胞毒性聚酮类化合物，该菌类来源于越南地区的地衣，其特点是具有复杂的融合环状核心结构。通过基因组测序、计算机模拟序列分析以及RT-PCR研究，我们确定了Pyrenulic酸（pya）的生物合成基因簇。通过对这些基因在异源宿主（Aspergillus nidulans）中的表达进行功能分析，我们发现了两种细胞色素P450酶PyaJ和PyaG，它们分别负责烷基链末端的环氧化和羟基化反应；还发现了一种α/β水解酶PyaF，它通过催化连续的环氧化开环反应（6-endo和7-endo环化反应）来构建六元和七元融合双环醚骨架。为了阐明Pyrenulic酸形成的详细机制，我们获得了PyaF的重组酶，并进行了体外实验，证实了PyaF具有催化环化反应的能力。此外，我们还对PyaF与已知功能的α/β水解酶进行了比对分析，并进行了深入的计算机模拟研究。利用密度泛函理论量子力学对环化反应途径进行了深入计算分析，并通过基于Chai-1的蛋白质结构建模结合分子动力学模拟以及定点突变技术，详细研究了PyaF的活性氨基酸残基。研究表明，这种丝氨酸α/β水解酶的催化作用依赖于一个特殊的四肽序列（Ser170、Asn342、Asp314和His169），而Tyr255和His284则作为辅助因子帮助打开环氧基团。我们的研究为理解酶促反Baldwin环氧化开环反应的区域选择性如何调控融合环状醚结构的形成提供了新的见解。