Nature Chemistry：揭示多功能周环底物LepI的催化分子机制

在乙烯中亦会，周末尾端质子化需要同时构建多个化合物-化合物/化合物-精价电子键，并且多半不具极高的周围特异性和立体特异性。但在自然界中亦会，还原剂周末尾端质子化的细胞酶却只有少数被报道过。共计同点硫变位细胞酶（chorismate mutase）、precorrin-8x大板基变位细胞酶、SpnF和PyrI4等周末尾端细胞酶的本体暗示自然形态单单了多种可以还原剂[4+2]末尾端加成质子化及其他周末尾端质子化的细胞卷曲构型，并且这些本体可以抑制周末尾端质子化的周围特异性和立体特异性。2017年，UCLA的五代雍正帝教授课题组报道了一种S-乙酰大板硫氨硫（SAM）依靠的多新功能周末尾端细胞酶LepI，它既能还原剂精Diels-Alder（HDA）质子化，又能还原剂必是Claisen亚胺质子化6。在不能LepI不存在下，氟化2可以集体行动大板醛演化成(E)-3和(Z)-4，并不够进一步集体行动引发分子本体内Diels-Alder质子化（IMDA）或HDA质子化生成一系列的末尾端加成质子化还原剂反应。而在LepI的还原剂下，2不能亲和力地大板醛演化成(E)-3，并不够进一步引发HDA质子化演化成单一还原剂反应10，即Leporin C。LepI仅指O-大板基移转到细胞酶后裔，但是它不能大板基移转到细胞酶活性。为什么该细胞酶可以立体特异性地还原剂大板醛质子化、HDA质子化和必是Claisen亚胺质子化？SAM的效用又是什么？为了回答这些问题，2019年7月21日，中亦会国科学院北京有机合成所长的周佳海课题组和UCLA的五代雍正帝课题组合作开发在Nature Chemistry精志上发表文章Structural Basis for Stereoselective Dehydration and Hydrogen-Bonding Catalysis by the SAM-Dependent Pericyclase LepI，重构了分光镜的LepI及其与氟化1、8、10的蛋白质矿物学性质，并通过与UCLA的Kendall Houk课题组合作开发开展理论模型计数文书工作，系统地阐释了LepI还原剂的分子本体必要。在这些蛋白质本体中亦会，氟化1是作为大板醛质子化的羧酸乙酰来与LepI顺利进行共计晶测试，旨在是断言立体特异性大板醛质子化分子本体；氟化10是HDA质子化和必是Claisen亚胺质子化的还原剂反应，其与LepI的蛋白质矿物学性质可以用来比起质子化前后的构型应该归因于改变；exo还原剂反应8作为endo还原剂反应9的乙酰，其与LepI的蛋白质本体可用于断言必是Claisen亚胺质子化的分子本体。LepI细胞的母体本体通过硒价电子的单频率反常散射方法被重构。在该本体中亦会，两分子本体的LepI以N尾端本体域互相缠绕交错在一起，而C尾端本体域则是不具O-大板基移转到细胞酶后裔值得注意的Rossman卷曲这种激二级本体，且每分子本体的LepI混合了当本体辅细胞酶SAM。互补细胞酶活测定测试猜测了H133、R295和D296对还原剂活性的这两项效用，混合LepI-SAM-1、LepI-SAM-8、LepI-SAM-10蛋白质本体以及对羧酸蛋白质本体的计数，该文提单单LepI的还原剂必要很不太可能如下：1. 大板醛分子本体不太可能为E1-cb除此以外：这两项甘氨酸H133作为乙烯，去负离子内酯上的4-OH，并且有利于具体来说的烯醇，而侧链上的醇以苯基共计平面的正向返家，R295以及附近的共计价的网络对此有有利于效用。离开的氯离子(W')不太可能暂时被这些木炭困住，并与化合物乙酰保持共计价。LepI的大板醛效用是通过将硫和乙烯配置在苯基构型和将线型的醇羧酸2固定在具体来说的苯基构型中亦会来意味著1，4-苯基消除的。2. 在HDA质子化中亦会，由于内酯末尾端上有过多的空间，所以侧链卡宾可集体行动轴向到利于质子化引发的右边。盒子一处的疏水效用和亲水效用是非对映特异性意味著的这两项。不够最主要的是，H133和R295可以作为共计价给体，发挥了有利于羧酸的效用，降低了解读能垒。3. 在先前的报道中亦会，SAM中亦会的正电荷对细胞酶活十分最主要，这暗示了SAM不太可能不具电子元件还原剂的效用。电子元件还原剂是不太可能被挖掘单单的一种还原剂方式也。LepI的活性盒子是疏水的，正因如此性较低，少数的正因如此性甘氨酸可归因于一个最合适的电场，使质子化物受制于适宜质子化引发的取向，有利于羧酸，降低能垒，有利于质子化的引发。虽然矿物学性质中亦会SAM与羧酸并不能直接沾染，但是SAM上的正电荷亦会制约活性盒子的电场，可以断定SAM可以有利于比质子化物不具低偶正因如此矩的羧酸。4. 对于必是Claisen亚胺质子化，氟化9早就受制于接近NAC（near-attack conformation）的构型。将H133变异为Q或N，该质子化活性大大增高，这指明H133正因如此有不太可能是负离子的。混合计数，断定LepI通过H133和R295的负离子和电子元件效用，活化了必是Claisen亚胺的羧酸，有利于了羧酸，从而还原剂了该质子化。LepI-SAM-1、LepI-SAM-8和LepI-SAM-10蛋白质矿物学性质中亦会的活性盒子。LepI-SAM-1蛋白质本体中亦会，内酯上的醇与H133有共计价效用，六元末尾端上的钠价电子和侧链上的羰基与R295、D296等甘氨酸及盒子中亦会的氯离子演化成了一个共计价的网络。值得注意的是，本体中亦会的卡宾侧链并不能往末尾端正向靠近，演化成易于引发DA质子化的构型，而是溶剂中亦会的占据了末尾端上方的右边。对比三个蛋白质矿物学性质可以看得单单来，二者内酯及苯末尾端的混合右边不同，共计价的网络也基本不同完全相同，但R295的构型引发了较大的波动。在O-大板基移转到细胞酶类后裔中亦会，不存在着His-Glu还原剂二联体。而在LepI中亦会，His-Glu中亦会的His被Arg（R295）取代了。相较来说His，Arg是不够容易的共计价给体，电子元件有利于效用也不够佳；且Arg乙烯性不够弱，不够容易相隔在负离子的情况下。这很不太可能就是LepI能还原剂周末尾端质子化而不是大板基移转到质子化的这两项。该文书工作不仅推广了我们对O-大板基移转到细胞酶类后裔的新功能观念，也让我们对SAM的效用有了仅指自己认识，同时也预示着SAM及依靠SAM的细胞酶在脊椎动物人体内中亦会还有不够多仅指自己效用和新功能等着科学家去挖掘单单和探索。相较来说乙烯中亦会的还原剂剂，多肽中亦会的细胞酶多半不具低的立体亲和力和还原剂效率。鉴于周末尾端质子化在合成各个领域中亦会的最主要性，对新型周末尾端细胞酶的挖掘单单和探索在今后多肽以及乙烯方法中亦会将有着巨大的潜力。周佳海课题组的博士生蔡毓娟、五代雍正帝课题组的研究工作Yang Hai和Masao Ohashi并列学术论文第一所写。晶体偏振光数据分别在北京光源BL17U1、BL18U1和BL19U1线站利用的。研究员书评戈惠明（南京大学生命科学学院教授，国家优秀青年基金获奖者）周末尾端质子化是一类在质子化过程中亦会可演化成末尾端状羧酸的质子化，在乙烯中亦会不具最主要的应用。在动物细胞中亦会，不太可能也挖掘单单了一系列周末尾端质子化细胞酶，如Claisen亚胺质子化细胞酶，Cope亚胺质子化细胞酶以及Diels-Alder质子化的细胞酶等，其中亦会以Diels-Alder质子化细胞酶被挖掘单单的较少，研究相较明晰。在2017年，UCLA的五代雍正帝课题组在对单单自于曲霉菌的Leporin C顺利进行多肽研究时挖掘单单，LepI尽管被注释为一个SAM依靠的大板基移转到细胞酶，然而却挖掘单单可以同时还原剂大板醛质子化、Diels-Alder、精Diels-Alder以及必是Claisen亚胺等质子化，是一鲜见的多新功能周末尾端质子化细胞酶。那么，新功能如此繁多的LepI是如何发挥还原剂效用的，SAM在还原剂过程中亦会发挥了什么效用，活性之间是如何协调各步质子化的关系的？这些问题仅尚待解答。亦同，中亦会国科学院北京有机合成所长的周佳海课题组和UCLA的五代雍正帝课题组合作开发指明了了LepI还原剂的分子本体必要。他们通过重构大板醛质子化的羧酸乙酰氟化1与LepI的共计晶本体，断言了LepI立体特异性大板醛的质子化分子本体。同时，挖掘单单LepI在还原剂HDA的质子化中亦会，由于内酯上的侧链卡宾集体行动轴向到有利于质子化引发的右边，H133和R295通过演化成共计价有利于了羧酸，降低了质子化能垒使得质子化得以顺利进行。通过对LepI-SAM-1的蛋白质矿物学性质顺利进行重构，挖掘单单SAM在质子化中亦会并不能与羧酸引发直接的效用而是演化成一个共计价的网络，通过电子元件还原剂来发挥效用。通过重构氟化8与LepI的共计晶本体同时混合矿物学计数，确定LepI通过H133和R295的负离子和电子元件效用，活化了必是Claisen亚胺的羧酸，有利于了羧酸，从而还原剂了该质子化。通过对这两项还原剂活性的点变异，猜测断定的必要是必要的。最终所写通过将LepI与O-大板基移转到细胞酶类后裔中亦会的其它细胞酶顺利进行比起挖掘单单，原来的还原剂二联体His-Glu在LepI中亦会形态成为Arg-Glu，这一波动使得LepI形态为一个多新功能的周末尾端质子化细胞酶。周末尾端质子化细胞酶由于倾斜度的立体亲和力和高效的成键方式也在天然还原剂反应多肽中亦会有最主要的效用。而LepI作为目前被报道的相当鲜见的多新功能周末尾端质子化细胞酶，对其还原剂必要的完整阐述为今后不够进一步大修和运用打下了基础性。值得注意单单处：Yujuan Cai, Yang Hai, Masao Ohashi, Cooper S. Jamieson,et al.Structural basis for stereoselective dehydration and hydrogen-bonding catalysis by the SAM-dependent pericyclase LepI ,Nature Chemistry (2019) ,Published: 22 July 2019