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研究揭示二萜糖基轉(zhuǎn)移酶SrUGT76G1的催化機(jī)制

2019-10-17 10:46來源：生物谷


9月28日，Plant Communications 在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子植物科學(xué)**創(chuàng)新中心王勇研究組與張鵬研究組的合作研究成果“Structural Insights into the Catalytic Mechanism of a Plant Diterpene Glycosyltransferase SrUGT76G1”。該研究詳細(xì)闡釋了二萜類化合物糖基轉(zhuǎn)移酶SrUGT76G1的底物識別與催化的分子機(jī)制。

   

糖基轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的天然產(chǎn)物糖基化是次生代謝產(chǎn)物生物合成中最廣泛存在的一種修飾方式，也是植物細(xì)胞維持代謝平衡的主要機(jī)制之一，決定了次級代謝產(chǎn)物的水溶性、生物活性、穩(wěn)定性、毒性、運(yùn)輸性及亞細(xì)胞定位等。迄今為止，人們對這類糖基轉(zhuǎn)移酶的底物識別專一性和產(chǎn)物生成特異性的分子機(jī)制仍知之甚少。

在本項(xiàng)工作中，作者對甜葉菊來源的具有廣泛底物催化活性的二萜糖基轉(zhuǎn)移酶SrUGT76G1進(jìn)行了蛋白結(jié)構(gòu)與催化機(jī)制的研究，發(fā)現(xiàn)該酶能識別多種二萜及其他小分子化合物生成相應(yīng)的糖基化產(chǎn)物。作者獲得了SrUGT76G1與四種不同底物的復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)SrUGT76G1之所以能夠識別多種不同的底物，在于其寬大的糖基受體結(jié)合口袋，這與已知的黃酮或水楊酸糖基轉(zhuǎn)移酶具有明顯的不同。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，Gly87與Leu204是決定SrUGT76G1底物識別特異性的關(guān)鍵殘基，突變可實(shí)現(xiàn)二萜糖基轉(zhuǎn)移酶對底物的識別的轉(zhuǎn)換，即由二萜轉(zhuǎn)換為黃酮。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，Thr284是決定底物識別專一性與產(chǎn)物特異性的關(guān)鍵位點(diǎn)?；诖?，作者成功地實(shí)現(xiàn)了以萊寶迪苷D（RebD）為底物高效合成稀有的高倍甜味劑萊寶迪苷M（RebM），降低了該酶對底物萊寶迪苷A（RebA）的識別，大大減少了副產(chǎn)物萊寶迪苷I（RebI）的生成。該研究工作揭示了二萜糖基轉(zhuǎn)移酶底物識別與催化的分子機(jī)制，為通過糖基化工程合成更多結(jié)構(gòu)和功能多樣性的天然或非天然糖基化產(chǎn)物奠定了分子基礎(chǔ)。該研究也提供了一種高效便捷的方式，可通過合成生物技術(shù)大規(guī)模制造RebM等植物中稀有的二萜糖苷類化合物，目前該技術(shù)已成功實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化推廣。