近日，國際化學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊Angewandte Chemie International Edition（IF:16.6）在線刊登了我校中藥學(xué)院董廖斌課題組的最新研究成果“Discovery, Structure, and Engineering of a cis-Geranylfarnesyl Diphosphate Synthase”。我校2020級(jí)博士研究生李芳茹、2021級(jí)碩士研究生王慶凌為本文的共同第一作者，董廖斌教授為本文獨(dú)立通訊作者，中國藥科大學(xué)為唯一通訊單位。

異戊烯基轉(zhuǎn)移酶催化烯丙基底物與異戊烯基焦磷酸之間的連續(xù)縮合反應(yīng)生成鏈狀焦磷酸前體，隨后被萜類環(huán)化酶催化形成結(jié)構(gòu)多樣的萜類碳環(huán)骨架。根據(jù)縮合反應(yīng)形成的雙鍵構(gòu)型差異，異戊烯基轉(zhuǎn)移酶分為反式和順式兩種類型。絕大多數(shù)萜類環(huán)化酶以反式線性焦磷酸為底物，但也有部分環(huán)化酶能夠利用順式線性焦磷酸產(chǎn)生單萜、倍半萜和二萜等萜類天然產(chǎn)物。然而，迄今為止，尚未有生物合成C25順式線性焦磷酸的異戊烯基轉(zhuǎn)移酶的報(bào)道。

董廖斌課題組從棒狀鏈霉菌中發(fā)現(xiàn)并鑒定了一種新型順式-香葉基法尼基焦磷酸合酶ScGFPPS，該酶能夠催化C5、C10和C15焦磷酸底物分別與異戊烯基焦磷酸縮合產(chǎn)生3個(gè)C25和3個(gè)C20順式焦磷酸產(chǎn)物（圖A）。通過X射線晶體學(xué)獲得了ScGFPPS的蛋白晶體結(jié)構(gòu)。不同于已報(bào)道的所有該家族異戊烯基轉(zhuǎn)移酶，ScGFPPS顯示出一個(gè)完全對(duì)稱的“蝴蝶型”結(jié)構(gòu)（圖B）。同時(shí)，首次闡明了專一性合成全順式C20焦磷酸產(chǎn)物的異戊烯基轉(zhuǎn)移酶NNPS的蛋白晶體結(jié)構(gòu)（圖B）。對(duì)比ScGFPPS和NNPS的蛋白晶體結(jié)構(gòu)，揭示了影響催化功能的關(guān)鍵氨基酸殘基位點(diǎn)。進(jìn)一步基于兩種酶-底物復(fù)合物模型，對(duì)差異氨基酸殘基進(jìn)行定點(diǎn)突變，顯著提高了ScGFPPS的催化活性以及形成單一順式線性焦磷酸產(chǎn)物的選擇性。該項(xiàng)研究通過蛋白晶體結(jié)構(gòu)的比對(duì)指導(dǎo)酶的工程化改造，促進(jìn)了順式異戊烯基轉(zhuǎn)移酶在萜類天然產(chǎn)物生物合成領(lǐng)域的應(yīng)用，并推動(dòng)了復(fù)雜萜烯結(jié)構(gòu)的生物合成研究。

上述工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（82073746），國家青年人才項(xiàng)目，“江蘇特聘教授”及雙一流高校項(xiàng)目（CPUQNJC22_04）等項(xiàng)目資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202401669

圖A：ScGFPPS的功能表征；圖B：ScGFPPS及NNPS的蛋白晶體結(jié)構(gòu)

（供稿單位：中藥學(xué)院，撰稿人：王增援，審稿人：沈玲玲）