在寻找分子间Diels-Alderase的狩猎
Lei Gao1, Qi Ding2, Xiaoguang Lei3
1Beijing National Laboratory for Molecular Sciences, College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University, Beijing 100871, China.
研究人员在Morus植物中发现了基于植物的Diels-Alderases (催化Diels-Alder反应的酶),揭示了它们的进化起源,并使有机合成的新生物催化剂设计成为可能.
科学领域:
- 生物催化和天然产品生物合成
- 酶工程和进化论的发展
- 有机化学和合成生物学
背景情况:
- 迪尔斯-阿尔德反应是一种基本的 [4+2] 循环添加,对于合成循环化合物至关重要,包括天然产品和药品.
- 虽然已经确定了微生物Diels-Alderases,但具有协调机制的催化分子间Diels-Alder反应的酶很少见.
- 植物利用迪尔斯-阿尔德反应,但识别特定的植物衍生酶一直是具有挑战性的.
研究的目的:
- 从植物中发现天然存在的分子间Diels-Alderases.
- 阐明这些酶的催化机制和进化途径.
- 在化学酶合成中的应用中设计新的Diels-Alderases.
主要方法:
- 迪尔斯-阿尔德型类和黄类的生物仿真合成,以指导酶发现.
- 生物合成中间体基于探针的目标识别策略,以隔离Morus植物中的酶.
- 功能性特征,机理学研究 (包括立体选择性),进化分析和酶工程.
主要成果:
- 鉴定了MADA,一种来自木的内分选择性分子间Diels-Alderase,通过协调但异步的机制起作用.
- 在Morus植物中发现了外选择性分子间Diels-Alderases,具有广泛的基质范围,但具有明显的立体化学控制.
- 遗传学分析显示,这些酶是树植物中FAD依赖酶的独特子组,通过特定的氨基酸突变从氧化环酶演变.
结论:
- 植物具有独特的内分和外分选择性分子间Diels-Alderases,这解释了树植物中特定循环载荷管道的普遍存在.
- 从FAD-依赖的氧化循环酶到Diels-Alderases的进化轨迹为酶适应提供了洞察力.
- 工程Diels-Alderases为以多样性为导向的化学酶合成提供了新的途径,扩大了有机合成的生物催化工具包.
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