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青島能源所揭示洛伐他汀水解酶催化機制
2020-02-17 | 編輯: | 【 】| | 供稿部門:微生物代謝工程研究組
    

  高血脂癥是指血液中膽固醇、甘油三酯等脂類物質異常升高,可直接引起一些嚴重危害人體健康的疾病,通過降膽固醇藥物調節血脂是目前預防和治療高血脂癥的有效方法。辛伐他汀(Zocor)是一種重要的降膽固醇藥物,其工業生產包括三個步驟:土曲霉發酵生產洛伐他汀,堿水解洛伐他汀制備中間體monacolin J,化學或生物方法將monacolin J轉化為辛伐他汀。但傳統堿水解生產monacolin J工序相對復雜、成本昂貴且環境污染較大。使用特異且高效的洛伐他汀水解酶進行酶促合成是綠色生產monacolin J的可替代方法之一。

  青島能源所呂雪峰研究員帶領的微生物代謝工程研究組(http://mme.qibebt.ac.cn/)致力于他汀類降血脂藥物的生物合成研究(Metab Eng. 2017 Biotechnol J. 2018ACS Synth Biol. 2019)。近期,該研究組進一步揭示了高效特異洛伐他汀水解酶PcEST的催化機制及其結構-功能關系,相關工作發表在Journal of Biological Chemistry期刊上。

  研究人員成功解析了4個高分辨X射線晶體結構,包括PcEST單體蛋白,PcEST-monacolin J復合物、PcEST與底物類似物辛伐他汀的復合物、以及PcEST失活突變體S57A與底物洛伐他汀的復合物。基于結構分析,結合突變、質譜和ITC等多種生化分析方法,研究人員發現:Ser-57(親核試劑)-Tyr-170(廣義堿)-Lys-60(廣義酸)催化三聯體、活性位點周圍的氫鍵網絡和特定的底物結合通道共同決定了PcEST高效特異地水解洛伐他汀生成monacolin J,并回答了為什么PcEST能夠高效特異地水解洛伐他汀而不能水解辛伐他汀。在此基礎上,研究人員基于結構分析,進一步對PcEST進行了酶工程改造,成功設計改造獲得了可溶性表達和熱穩定性改善的PcEST突變體D106A。這些性質的改良意味著D106A突變體在monacolin J工業生產中可能具有更廣闊的應用前景。

  這是首次描述洛伐他汀水解酶催化機理和結構-功能關系的報道,該研究成果為進一步的洛伐他汀水解酶的篩選、酶工程改造和工業應用提供了基礎和理論指導。

  上述研究工作得到了國家自然科學基金、山東省自然科學基金、中國科學院科技服務網絡計劃(STS計劃)和山東省人才工程的共同資助。(文/ 梁雅靜)

  原文鏈接:https://www.jbc.org/content/295/4/1047.full?sid=ef7355fd-94ac-4e04-9c10-4185b4252f95

  

  洛伐他汀水解酶PcEST高效特異地催化洛伐他汀水解,而不能水解辛伐他汀

  活性中心的關鍵殘基用棍棒形式顯示, 氫鍵網絡用黑色虛線標示,參與構成PcEST 特定底物結合通道的區域用淺粉紅色展示。

 
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