阅读 JACS丨二羟基萜类合酶催化机制的首次解析

背景：羟基萜类化合物具有优于萜烃的溶解性和结合能力，但其生物合成通常依赖萜类合酶与P450单加氧酶的复杂偶联，存在催化混杂性高、立体选择性低及辅因子昂贵等问题。无需加氧酶、直接利用水分子淬灭碳正离子生成羟基萜的二羟基萜类合酶（DHTS）为多羟基萜合成提供了新工具，但其结构与催化机制此前尚未解析。研究目的：本研究以新发现的微生物来源DHTS酶PeTS3为对象，旨在解析其三维结构并阐明其催化二羟基化的分子机制。结论：研究首次解析了PeTS3的apo及其底物类似物复合物的晶体结构，揭示了活性口袋中由多个极性残基与水分子构成的复杂氢键网络。通过分子动力学模拟、量子力学/分子力学计算及定点突变实验，证实该氢键网络通过水分子对碳正离子中间体进行时空精准的逐步淬灭，依次生成单羟基中间体和最终的二羟基产物，从而阐明了DHTS催化二羟基化的完整机制。该工作填补了萜类酶学关键空白，为构建无需加氧酶的多羟基萜生物合成平台及理性设计新型萜类合酶奠定了基础。