分享一篇發表在Nature Catalysis上的文章A strategic Ser/Cys exchange in the catalytic triad unlocks an acyltransferase-mediated synthesis of thioesters and tertiary amides，通訊作者是來自諾丁漢大學的Francesca Paradisi和米蘭大學的Francesco Molinari，她們致力于酶的設計、進化和工程相關研究。
合成化學中的酶工具箱已得到了極大的擴展，但工具箱中至今仍缺少一些關鍵反應，例如硫酯和叔酰胺目前尚無合適高效的生物催化方法，而這兩個基團都是有機化學中的重要部分。先前從各種生物中篩選的酰基轉移酶用于硫酯和叔酰胺合成時，產率往往不盡人意。
作者之前報導了從Mycobacterium smegmatis中分離出一種酰基轉移酶MsAcT，能在水相中高效催化酯和酰胺的形成。MsAcT與絲氨酸水解酶具有共同的特征，即進化上高度保守的催化三聯體Ser-His-Asp。在酰基轉移酶的典型機理中，催化三聯體首先形成酰基酶(酰基-O-Ser-酶蛋白)中間體，再被親核試劑進攻從而轉移酰基。而在蛋白水解酶家族，常見的催化三聯體還有Cys-His-Asp。作者認為，若將Ser突變為Cys，形成酰基-S-Cys-酶蛋白中間體，將更有利于親核試劑的進攻，以從中間體上消除酰基。但目前為止尚未有在包含Ser的酰基轉移酶上進行這種突變的嘗試。
于是，作者表達了S11C MsAcT突變體，驚訝地發現在用乙酸乙烯酯作為活性酰基供體的情況下，突變體可以非常高效地將酰基轉移到各種巰基受體上形成硫酯鍵，并具有定量或接近定量的轉化率。而乙酰輔酶A是進行化學生物學研究的重要試劑，但其合成一直依賴于輔酶A上S-乙酰化的化學連接方法。作者發現MsAcT突變體能接受CoA作為酰基受體，高效地生成乙酰輔酶A，且產物在水相中能穩定48h不被水解。表明突變體廣泛的底物適應性。
隨后，作者使用分子對接和Amber研究乙酰輔酶A和酶蛋白的結合。發現乙酰輔酶A在催化區域顯示出最優的打分，在酶活性部分的陰離子空穴中形成廣泛的相互作用，并計算出底物CoA向活性位點的轉運和產物乙酰CoA沿相反方向出口的通道。除硫酯的生成外，作者還發現S11C MsAcT突變體還能接受伯胺和仲胺作為酰基受體，但不接受高價值的叔胺作為底物。
總之，作者在包含Ser的酰基轉移酶中首次研究了Ser-Cys突變對硫酯和酰胺催化活性的影響。由于催化三聯體家族酶不需要輔因子即可完成催化反應，突變體可用于乙酰輔酶A等高價值產物的高效生物催化合成。
文章作者：WFZ
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41929-020-00539-0
原文引用：10.1038/s41929-020-00539-0
責任編輯：WYK
