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青岛能源所揭示洛伐他汀水解酶催化机制
2020-02-17 | 编辑: | 【 】| | 供稿部门:微生物代谢工程研究组
    

  高血脂症是指血液中胆固醇、甘油三酯等脂类物质异常升高,可直接引起一些严重危害人体健康的疾病,通过降胆固醇药物调节血脂是目前预防和治疗高血脂症的有效方法。辛伐他汀(Zocor)是一种重要的降胆固醇药物,其工业生产包括三个步骤:土曲霉发酵生产洛伐他汀,碱水解洛伐他汀制备中间体monacolin J,化学或生物方法将monacolin J转化为辛伐他汀。但传统碱水解生产monacolin J工序相对复杂、成本昂贵且环境污染较大。使用特异且高效的洛伐他汀水解酶进行酶促合成是绿色生产monacolin J的可替代方法之一。

  青岛能源所吕雪峰研究员带领的微生物代谢工程研究组(http://mme.qibebt.ac.cn/)致力于他汀类降血脂药物的生物合成研究(Metab Eng. 2017 Biotechnol J. 2018ACS Synth Biol. 2019)。近期,该研究组进一步揭示了高效特异洛伐他汀水解酶PcEST的催化机制及其结构-功能关系,相关工作发表在Journal of Biological Chemistry期刊上。

  研究人员成功解析了4个高分辨X射线晶体结构,包括PcEST单体蛋白,PcEST-monacolin J复合物、PcEST与底物类似物辛伐他汀的复合物、以及PcEST失活突变体S57A与底物洛伐他汀的复合物。基于结构分析,结合突变、质谱和ITC等多种生化分析方法,研究人员发现:Ser-57(亲核试剂)-Tyr-170(广义碱)-Lys-60(广义酸)催化三联体、活性位点周围的氢键网络和特定的底物结合通道共同决定了PcEST高效特异地水解洛伐他汀生成monacolin J,并回答了为什么PcEST能够高效特异地水解洛伐他汀而不能水解辛伐他汀。在此基础上,研究人员基于结构分析,进一步对PcEST进行了酶工程改造,成功设计改造获得了可溶性表达和热稳定性改善的PcEST突变体D106A。这些性质的改良意味着D106A突变体在monacolin J工业生产中可能具有更广阔的应用前景。

  这是首次描述洛伐他汀水解酶催化机理和结构-功能关系的报道,该研究成果为进一步的洛伐他汀水解酶的筛选、酶工程改造和工业应用提供了基础和理论指导。

  上述研究工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、中国科学院科技服务网络计划(STS计划)和山东省人才工程的共同资助。(文/ 梁雅静)

  原文链接:https://www.jbc.org/content/295/4/1047.full?sid=ef7355fd-94ac-4e04-9c10-4185b4252f95

  

  洛伐他汀水解酶PcEST高效特异地催化洛伐他汀水解,而不能水解辛伐他汀

  活性中心的关键残基用棍棒形式显示, 氢键网络用黑色虚线标示,参与构成PcEST 特定底物结合通道的区域用浅粉红色展示。

 
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