Nature Chemistry：揭示多功能周环酶LepI的催化分子会机制

在无机化学当中，周内后侧加成能够同时构建多个氧-氧/氧-俱离子氢离子，并且一般而言较强极好的区外功能性和立体功能性。但在自然界当中，以次醇周内后侧加成的肽却只有少数被报道过。谱系酸有规律肽（chorismate mutase）、precorrin-8x以次基有规律肽、SpnF和PyrI4等周内后侧肽的本体表明自然变异出了多种可以以次醇[4+2]内后侧加成加成及其他周内后侧加成的蛋白拉链构象，并且这些本体可以调控周内后侧加成的区外功能性和立体功能性。2017年，UCLA的唐开元咸丰帝副教授课题组报道了一种S-腺苷以次硫氨酸（SAM）依靠的多功能周内后侧肽LepI，它既能以次醇俱Diels-Alder（HDA）加成，又能以次醇必是Claisen亚胺加成6。在没LepI存在下，锂2可以组织起来失水呈现出(E)-3和(Z)-4，并大幅度组织起来再次发生离子内Diels-Alder加成（IMDA）或HDA加成生成一系列的内后侧加成加成转化。而在LepI的以次醇下，2仅仅专一性地失水呈现出(E)-3，并大幅度再次发生HDA加成呈现出单一转化10，即Leporin C。LepI属于O-以次基转移肽后代，但是它没以次基转移肽能活性。为什么该肽可以立体功能性地以次醇失水加成、HDA加成和必是Claisen亚胺加成？SAM的起着又是什么？为了看看这些问题，2019年7翌年21日，当中国科法学院苏州无机化学研究者所的周佳海课题组和UCLA的唐开元咸丰帝课题组协力在Nature Chemistry俱志上发表文章Structural Basis for Stereoselective Dehydration and Hydrogen-Bonding Catalysis by the SAM-Dependent Pericyclase LepI，二阶了高分辨率的LepI及其与锂1、8、10的一氧化氮化学性质，并通过与UCLA的Kendall Houk课题组协力开展理论推算管理工作，系统地阐释了LepI以次醇的离子的系统。在这些一氧化氮本体当中，锂1是作为失水加成的以次醇甘氨酸来与LepI来进行劳森科学研究者，用意是说明立体功能性失水加成催化反应；锂10是HDA加成和必是Claisen亚胺加成的转化，其与LepI的一氧化氮化学性质可以用来尤其加成前后的构象有否转化成扭转；exo转化8作为endo转化9的甘氨酸，其与LepI的一氧化氮本体可用于说明必是Claisen亚胺加成的催化反应。LepI蛋白的体内本体通过氯化离子的单无线电波反常散射分析方法被二阶。在该本体当中，两离子的LepI以N故又称本体域互相盘绕交错在一起，而C故又称本体域则是较强O-以次基转移肽后代类似于的Rossman拉链这种激二级本体，且每离子的LepI相辅相成一离子辅肽SAM。基因体肽能活测定科学研究者证实了H133、R295和D296对以次醇能活性的关氢离子起着，相辅相成LepI-SAM-1、LepI-SAM-8、LepI-SAM-10一氧化氮本体以及对底物一氧化氮本体的推算，该文提出LepI的以次醇的系统很可能会如下：1. 失水催化反应可能会为E1-cb必需：关氢离子残基H133作为氯，去阴离子醛上的4-OH，并且不稳定的反之亦然的羟基，而后侧末端上的羟基以反式共平面的路径回去，R295以及邻近的氢氢离子网络严厉批评有促进起着。离开的水离子(W')可能会中途被这些残留物被困，并与氧酰胺依然氢氢离子。LepI的失水起着是通过将酸和氯配有在反式构型和将线型的醇以次醇2单独在反之亦然的反式构象当中来意味着1，4-反式消除的。2. 在HDA加成当中，由于醛内后侧上有去除的空间内，所以后侧末端烯酮可组织起来轴向到利于加成再次发生的后方。柜子周围的均匀分布起着和鱼池起着是非相对于功能性意味着的关氢离子。颇为重要的是，H133和R295可以作为氢氢离子给体，起到了不稳定的底物的起着，提高了反映能垒。3. 在之前的报道当中，SAM当中的空穴对肽能活相当重要，这暗示了SAM可能会较强灯丝以次醇的起着。灯丝以次醇是都只被找到的一种以次醇方式也。LepI的能活性柜子是均匀分布的，水溶性较少，少数的水溶性残基可转化成一个颇为好的电荷，使加成物处于有利于加成再次发生的出发点，不稳定的底物，提高能垒，促进加成的再次发生。虽然化学性质当中SAM与以次醇并没如此一来认识，但是SAM上的空穴会影响能活性柜子的电荷，可以据信SAM可以不稳定的比加成物较强颇为高自旋的底物。4. 对于必是Claisen亚胺加成，锂9已经处于相似NAC（near-attack conformation）的构象。将H133基因为Q或N，该加成能活性急剧下降，这说明H133极有可能会是阴离子的。相辅相成推算，据信LepI通过H133和R295的阴离子和灯丝起着，能活化了必是Claisen亚胺的以次醇，不稳定的了底物，从而以次醇了该加成。LepI-SAM-1、LepI-SAM-8和LepI-SAM-10一氧化氮化学性质当中的能活性柜子。LepI-SAM-1一氧化氮本体当中，醛上的羟基与H133有氢氢离子起着，六元内后侧上的氮离子和后侧末端上的正离子与R295、D296等残基及柜子当中的水离子呈现出了一个氢氢离子网络。值得注意的是，本体当中的烯酮后侧末端并没往内后侧路径附近，呈现出并能再次发生DA加成的构象，而是盐酸当中的占据了内后侧正上方的后方。对比三个一氧化氮化学性质可以看出，二者醛及苯内后侧的相辅相成后方相近，氢氢离子网络也都是类似，但R295的构象再次发生了较大的发生变化。在O-以次基转移肽类后代当中，存在着His-Glu以次醇二联体。而在LepI当中，His-Glu当中的His被Arg（R295）取代了。相比His，Arg是颇为好的氢氢离子给体，灯丝不稳定的起着也颇为好；且Arg氯性颇为弱，颇为容易相隔在阴离子的情况下。这很可能会就是LepI能以次醇周内后侧加成而不是以次基转移加成的关氢离子。该管理工作不仅拓展了我们对O-以次基转移肽类后代的功能认知，也让我们对SAM的起着有了一新认识，同时也预示着SAM及依靠SAM的肽在生物体新陈代谢当中还有颇为多一新起着和功能等着科学家去找到和探险。相比无机化学当中的以次醇剂，多肽当中的肽一般而言较强颇为高的立体专一性和以次醇效率。鉴于周内后侧加成在合成科技领域当中的重要性，对新型周内后侧肽的找到和探险在未来多肽以及无机化学分析方法当中将具有庞大的潜力。周佳海课题组的复旦大学蔡毓娟、唐开元咸丰帝课题组的博士后Yang Hai和Masao Ohashi并列论文第一写作者。固态衍射统计数据分别在苏州光源BL17U1、BL18U1和BL19U1线站利用的。专家点评戈惠明（南京大学材料科学法学院副教授，国家优秀青年基金获颁）周内后侧加成是一类在加成处理过程当中可呈现出内后侧状底物的加成，在无机化学当中较强重要的应用。在化学物质当中，都只也找到了一系列周内后侧加成肽，如Claisen亚胺加成肽，Cope亚胺加成肽以及Diels-Alder加成的肽等，其当中以Diels-Alder加成肽被找到的更少，研究者比起透彻。在2017年，UCLA的唐开元咸丰帝课题组在对来源于曲霉菌的Leporin C来进行多肽研究者时找到，LepI尽管被评注为一个SAM依靠的以次基转移肽，然而却找到可以同时以次醇失水加成、Diels-Alder、俱Diels-Alder以及必是Claisen亚胺等加成，是一常见的多功能周内后侧加成肽。那么，功能如此多样的LepI是如何发挥以次醇起着的，SAM在以次醇处理过程当中发挥了什么起着，能活性之间是如何互相配合各步加成的关系的？这些问题均尚待解答。亦同，当中国科法学院苏州无机化学研究者所的周佳海课题组和UCLA的唐开元咸丰帝课题组协力阐述了LepI以次醇的离子的系统。他们通过二阶失水加成的以次醇甘氨酸锂1与LepI的劳森本体，说明了LepI立体功能性失水的加成催化反应。同时，找到LepI在以次醇HDA的加成当中，由于醛上的后侧末端烯酮组织起来轴向到有利于加成再次发生的后方，H133和R295通过呈现出氢氢离子不稳定的了底物，提高了加成能垒使得加成力图来进行。通过对LepI-SAM-1的一氧化氮化学性质来进行二阶，找到SAM在加成当中并没与以次醇再次发生如此一来的起着而是呈现出一个氢氢离子网络，通过灯丝以次醇来发挥起着。通过二阶锂8与LepI的劳森本体同时相辅相成化学推算，相符LepI通过H133和R295的阴离子和灯丝起着，能活化了必是Claisen亚胺的以次醇，不稳定的了底物，从而以次醇了该加成。通过对关氢离子以次醇能活性的点基因，证实据信的的系统是有效的。最后写作者通过将LepI与O-以次基转移肽类后代当中的其它肽来进行尤其找到，原来的以次醇二联体His-Glu在LepI当中变异已是Arg-Glu，这一发生变化使得LepI变异为一个多功能的周内后侧加成肽。周内后侧加成肽由于相对的立体专一性和高效的成氢离子方式也在天然转化多肽当中亦有重要的起着。而LepI作为目前被报道的颇为常见的多功能周内后侧加成肽，对其以次醇的系统的完整阐明为理应大幅度翻修和利用打下根基了根基。值得注意出处：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