迭代酮還原酶SiaM三維結(jié)構(gòu)和酶學(xué)性質(zhì)的研究.pdf

1、聚酮類化合物是一類具有結(jié)構(gòu)及生物活性多樣性的重要天然產(chǎn)物。此類化合物擁有巨大的醫(yī)用價值，是一類抗細(xì)菌、抗真菌以及抗寄生蟲的高效抗生素，而且還是非常有潛力的抗癌藥物候選分子。聚酮化合物由巨大的、模塊化的聚酮合酶（PKSs）合成。PKSs中的每一個模塊負(fù)責(zé)鏈的延伸和鏈的修飾。加工好的聚酮化合物則被運(yùn)輸?shù)较乱粋€模塊進(jìn)行鏈的延伸。PKSs一般參與聚酮化合物的碳骨架的合成，一般具有三個結(jié)構(gòu)域：酮合成酶結(jié)構(gòu)域（KS），乙酰基轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域（AT）和乙

2、酰轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白結(jié)構(gòu)域（ACP）。除此外，許多PKS模塊還具有參與β碳上酮基修飾的酶，即酮還原酶（KRs）。酮還原酶可以將β-酮基還原成β-羥基。在聚酮化合物的生物合成中，酮還原酶（KRs）催化的還原反應(yīng)決定了β碳的手性特征。目前，幾個代表性的聚酮還原酶結(jié)構(gòu)已經(jīng)被解析出來。其結(jié)構(gòu)中的Rossmann折疊負(fù)責(zé)結(jié)合NADPH輔因子，而催化三聯(lián)體色氨酸、絲氨酸和賴氨酸則位于 NADPH結(jié)合位點(diǎn)附近。KRs底物位于煙堿環(huán)附近，這使得質(zhì)子可以進(jìn)攻β羰基

3、。比對A類型和B類型的KR結(jié)構(gòu)域發(fā)現(xiàn)，LDD殘基和保守的色氨酸位于活性位點(diǎn)不同的一側(cè)。前期研究顯示，LDD殘基可以引導(dǎo)底物進(jìn)入酶活位點(diǎn)。大部分KRs催化固定長度的底物。最新研究發(fā)現(xiàn)，在對稱二聚聚酮化合物SIA7248的生物合成中，海洋鏈霉菌Streptomyces sp. A7248迭代酮還原酶SiaM能夠還原不同長度的β酮酯酰底物。為了闡明SiaM的催化機(jī)理和底物結(jié)合方式，我們解析了其晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)分析表明，SiaM的結(jié)構(gòu)與已經(jīng)報道的

4、其它類型KRs類似，但其保守序列LDD被IRD取代。PISA分析及小角散射實驗顯示，SiaM在溶液中以四聚體形式存在，其四聚體界面上的芳香族氨基酸殘基可以與鄰近單體的芳香族殘基同時形成平行型和T型芳香堆積作用，這在聚酮合酶中是鮮有報道的。針對這些芳香族氨基酸的突變實驗顯示，它們在維持SiaM結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與催化功能中起著重要的作用。
　　本研究將SiaM與NADPH以及與C4-SNAC底物分子進(jìn)行分子對接，并通過分子動力學(xué)模擬表明Sia

5、M_NADPH和SiaM_NADPH_C4-SNAC是穩(wěn)定的構(gòu)象。以SiaM_NADPH和SiaM_NADPH_C4-SNAC對接結(jié)構(gòu)模型為基礎(chǔ)，針對SiaM與NADPH和C4-SNAC的結(jié)合位點(diǎn)設(shè)計了一系列突變體。突變體酶活和酶學(xué)動力學(xué)實驗結(jié)果顯示，Y159、K163、D67和N94氨基酸殘基的側(cè)鏈與NADPH形成氫鍵作用，對SiaM酶功能起著重要作用。而S146在催化過程中起著電子傳遞的作用，對酶功能的維持起著關(guān)鍵性的作用。兩個疏水

6、氨基酸殘基 M196和I98通過疏水作用與NADPH結(jié)合，對穩(wěn)定酶活性構(gòu)象起著重要作用。同時，M196和I98也通過疏水作用與SiaM底物C4-SNAC結(jié)合。并且，F(xiàn)151和M247也通過疏水作用對底物起著固定作用。因此，M196和I98很有可能與其它疏水氨基酸殘基M247、V147、L191以及F151形成疏水口袋，通過疏水作用與底物結(jié)合。同時，Q156、Q198和R206的側(cè)鏈與C4-SNAC形成氫鍵作用，對底物起著固定作用。另外，