中山大学药学院巫瑞波教授团队：计算解析赤霉素生物合成中的P450酶促碳骨架重排机制

本文聚焦于赤霉素生物合成中P450酶CYP114催化的非经典氧化B环缩环反应机制。背景方面，P450酶通常作为羟化酶发挥作用，但CYP114却催化ent-kaurane骨架向ent-gibberellane骨架的缩环重排，这一关键步骤的机制长期未解。研究目的旨在揭示CYP114如何抑制常规的氧回弹羟化反应，并引导反应走向缩环路径。研究团队结合分子动力学模拟和QM/MM计算，系统解析了该机制。结果表明：第一，活性位点中底物C19羧基与S308/S309区域、C7–OH与Fe=O形成的“夹钳式”氢键网络，固定底物构象并抑制氧回弹副反应；第二，定向内部电场选择性地稳定了质子耦合电子转移(PCET)过程，补偿了氢键网络对氢原子转移(HAT)的能量代价。结论指出，缩环反应并非通过稳定的碳正离子中间体或pinacol机制，而是由PCET触发协同异步骨架重排瞬时完成。此外，该调控策略在真菌和植物同工酶中可能保守存在。该研究为理解P450酶的复杂反应选择性提供了新视角。