Nature Chemistry：揭示多功能成环酶LepI的催化分子机制

在衍生物中的，不动点无机化学反应能够同时构建多个磷-磷/磷-中曾离子单键，并且不一定不具备很高的地带依赖性和立体依赖性。但在物质中的，人工合成不动点无机化学反应的受体却只有少数被华盛顿邮报过。自成酸分词受体（chorismate mutase）、precorrin-8x丙基分词受体、SpnF和PyrI4等不动点受体的结构设计确实自然形态成了多种可以人工合成[4+2]环加成无机化学反应及其他不动点无机化学反应的受体螺旋环己烷，并且这些结构设计可以调节不动点无机化学反应的地带依赖性和立体依赖性。2017年，UCLA的唐高祖光绪帝教授课题组华盛顿邮报了一种S-天冬氨酸丙硫氨酸（SAM）忽视的多系统不动点受体LepI，它既能人工合成中曾Diels-Alder（HDA）无机化学反应，又能人工合成后下Claisen中的间体无机化学反应6。在未LepI存在下，氟化物2可以集体甲醛演化成(E)-3和(Z)-4，并进一步集体起因分子内Diels-Alder无机化学反应（IMDA）或HDA无机化学反应分解成一系列的环加成无机化学反应副产物。而在LepI的人工合成下，2不用抗病毒地甲醛演化成(E)-3，并进一步起因HDA无机化学反应演化成常规副产物10，即Leporin C。LepI属于O-丙基移转到受体远亲，但是它未丙基移转到受体已逝性。为什么该受体可以立体依赖性地人工合成甲醛无机化学反应、HDA无机化学反应和后下Claisen中的间体无机化学反应？SAM的关单键作用又是什么？为了问到这些解决办法，2019年7月21日，中的国科该学院厦门有机无机化学研究者所的周佳海课题组和UCLA的唐高祖光绪帝课题组合作开发在Nature Chemistry中曾志上发表文章Structural Basis for Stereoselective Dehydration and Hydrogen-Bonding Catalysis by the SAM-Dependent Pericyclase LepI，解了高分辨率的LepI及其与氟化物1、8、10的受体硼设计，并通过与UCLA的Kendall Houk课题组合作开发着手理论推算岗位，系统地概括了LepI人工合成的分子功能。在这些受体结构设计中的，氟化物1是作为甲醛无机化学反应的质子化相近物来与LepI展开钐科学实验，借以是表述立体依赖性甲醛无机化学反应成因；氟化物10是HDA无机化学反应和后下Claisen中的间体无机化学反应的副产物，其与LepI的受体硼设计可以用来比较无机化学反应前后的环己烷到底激发发生变化；exo副产物8作为endo副产物9的相近物，其与LepI的受体结构设计可使用表述后下Claisen中的间体无机化学反应的成因。LepI受体的母体结构设计通过铋离子的单nm反常散射步骤被解。在该结构设计中的，两分子的LepI以N故又称结构设计域互相螺旋状纵横在一起，而C故又称结构设计域则是不具备O-丙基移转到受体远亲迥然不同的Rossman螺旋这种超二级结构设计，且每分子的LepI相结合与此相反辅受体SAM。凋亡体受体已逝推算成科学实验断定了H133、R295和D296对人工合成已逝性的关单键关单键作用，相结合LepI-SAM-1、LepI-SAM-8、LepI-SAM-10受体结构设计以及对自由基受体结构设计的推算，该文提成LepI的人工合成功能很或许如下：1. 甲醛成因或许为E1-cb途径：关单键羧基H133作为硫酸，去质子化酚上的4-OH，并且保持稳定相应的烯酸，而侧链上的羟基以异构体共平面的顺时针离去，R295以及一处的残基网络对此有促进关单键作用。回到的氢原子(W')或许暂时被这些大块爬，并与磷苯甲酸保持残基。LepI的甲醛关单键作用是通过将酸和硫酸装配在异构体异构体和将线型的酸质子化2固定在相应的异构体环己烷中的来构建1，4-异构体消除的。2. 在HDA无机化学反应中的，由于酚环上有太多的空间，所以侧链炔烃可集体转动到可借无机化学反应起因的后方。钳子周围的疏水关单键作用和亲水关单键作用亦然对映依赖性构建的关单键。非常极为重要的是，H133和R295可以作为残基给体，充分发挥了保持稳定自由基的关单键作用，减低了反映能垒。3. 在在此之前的华盛顿邮报中的，SAM中的的正电荷对受体已逝十分极为重要，这暗示了SAM或许不具备放电人工合成的关单键作用。放电人工合成是都只被注意到的一种人工合成方式。LepI的已逝性钳子是疏水的，氢原子较低，少数的氢原子羧基可激发一个适宜的电场，使无机化学化学反应处于适宜无机化学反应起因的单纯，保持稳定自由基，减低能垒，促进无机化学反应的起因。虽然硼设计中的SAM与质子化并未直接接触，但是SAM上的正电荷会因素已逝性钳子的电场，可以可推测SAM可以保持稳定比无机化学化学反应不具备较高偶极矩的自由基。4. 对于后下Claisen中的间体无机化学反应，氟化物9已经处于接近NAC（near-attack conformation）的环己烷。将H133凋亡为Q或N，该无机化学反应已逝性大大增高，这说明H133极有或许是质子化的。相结合推算，可推测LepI通过H133和R295的质子化和放电关单键作用，诱导了后下Claisen中的间体的质子化，保持稳定了自由基，从而人工合成了该无机化学反应。LepI-SAM-1、LepI-SAM-8和LepI-SAM-10受体硼设计中的的已逝性钳子。LepI-SAM-1受体结构设计中的，酚上的羟基与H133有残基关单键作用，六元环上的氟离子和侧链上的羰基与R295、D296等羧基及钳子中的的氢原子演化成了一个残基网络。值得注意的是，结构设计中的的炔烃侧链并未往环顺时针临近，演化成比较容易起因DA无机化学反应的环己烷，而是组分中的的抢占了环上方的后方。对比三个受体硼设计可以显露成，二者酚及苯环的相结合后方相同，残基网络也大体相近，但R295的环己烷起因了较大的变化。在O-丙基移转到受体类远亲中的，存在着His-Glu人工合成二联体。而在LepI中的，His-Glu中的的His被Arg（R295）取代了。相比较His，Arg是非常好的残基给体，放电保持稳定关单键作用也非常佳；且Arg硫酸性非常弱，非常容易可到在质子化的精神状态。这很或许就是LepI能人工合成不动点无机化学反应而不是丙基移转到无机化学反应的关单键。该岗位不仅拓展了我们对O-丙基移转到受体类远亲的系统认知，也让我们对SAM的关单键作用有了最初相识，同时也说明了着SAM及忽视SAM的受体在生物新陈代谢中的还有非常多最初关单键作用和系统等着科学家去注意到和探求。相比较衍生物中的的人工合成剂，多肽中的的受体不一定不具备较高的立体抗病毒和人工合成效率。鉴于不动点无机化学反应在人工合成领域中的的极为重要性，对新型不动点受体的注意到和探求在下一代多肽以及衍生物步骤中的将有着巨大的潜力。周佳海课题组的博士生蔡毓娟、唐高祖光绪帝课题组的普林斯顿大学Yang Hai和Masao Ohashi合称文章第一写作者。晶体衍射数据库分别在厦门单色光BL17U1、BL18U1和BL19U1线站获取的。专家人民网戈惠明（浙江大学生命科学该学院教授，国家优秀青年投资公司获得者）不动点无机化学反应是一类在无机化学反应全过程中的可演化成环状自由基的无机化学反应，在衍生物中的不具备极为重要的应用领域。在生物体中的，都只也注意到了一系列不动点无机化学反应受体，如Claisen中的间体无机化学反应受体，Cope中的间体无机化学反应受体以及Diels-Alder无机化学反应的受体等，其中的以Diels-Alder无机化学反应受体被注意到的较多，研究者比较明了。在2017年，UCLA的唐高祖光绪帝课题组在对成自于曲霉菌的Leporin C展开多肽研究者时注意到，LepI尽管被评注为一个SAM忽视的丙基移转到受体，然而却注意到可以同时人工合成甲醛无机化学反应、Diels-Alder、中曾Diels-Alder以及后下Claisen中的间体等无机化学反应，是一相似的多系统不动点无机化学反应受体。那么，系统如此多样的LepI是如何发挥人工合成关单键作用的，SAM在人工合成全过程中的发挥了什么关单键作用，已逝性之间是如何相互合作各步无机化学反应的关系的？这些解决办法均尚待答案。近日，中的国科该学院厦门有机无机化学研究者所的周佳海课题组和UCLA的唐高祖光绪帝课题组合作开发概述了LepI人工合成的分子功能。他们通过解甲醛无机化学反应的质子化相近物氟化物1与LepI的钐结构设计，表述了LepI立体依赖性甲醛的无机化学反应成因。同时，注意到LepI在人工合成HDA的无机化学反应中的，由于酚上的侧链炔烃集体转动到最大限度无机化学反应起因的后方，H133和R295通过演化成残基保持稳定了自由基，减低了无机化学反应能垒使得无机化学反应得以展开。通过对LepI-SAM-1的受体硼设计展开解，注意到SAM在无机化学反应中的并未与质子化起因直接的关单键作用而是演化成一个残基网络，通过放电人工合成来发挥关单键作用。通过解氟化物8与LepI的钐结构设计同时相结合无机化学推算，确定LepI通过H133和R295的质子化和放电关单键作用，诱导了后下Claisen中的间体的质子化，保持稳定了自由基，从而人工合成了该无机化学反应。通过对关单键人工合成已逝性的点凋亡，断定可推测的功能是必要的。再一写作者通过将LepI与O-丙基移转到受体类远亲中的的其它受体展开比较注意到，于是就的人工合成二联体His-Glu在LepI中的形态成为Arg-Glu，这一变化使得LepI形态为一个多系统的不动点无机化学反应受体。不动点无机化学反应受体由于移动性的立体抗病毒和高效的成单键方式在天然副产物多肽中的有极为重要的关单键作用。而LepI作为在此之前被华盛顿邮报的比较相似的多系统不动点无机化学反应受体，对其人工合成功能的明晰探讨为今后进一步改造和利用发扬光大了基石。早期成处：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