在萜烯合成酶催化过程中设计水捕获机制

单萜合酶工程中通过定点突变调控水捕获与去质子化能力，揭示了K-helix G305/E305和H-helix T221/G221对产物选择的关键作用，为合成新生物催化剂提供理论依据。

　　

摘要

倍半萜合成酶催化法尼基二磷酸的环化和重排反应，通过脱质子化和/或捕获水分子生成多种倍半萜化合物。然而，控制最终碳正离子中间体命运的精确机制和动力学过程尚不完全清楚。在之前的研究中，我们通过对selina-4(15),7(11)-二烯合成酶（SpSdS）进行点突变（K_helix区域的G305E），在pH 6.0条件下使其能够捕获水分子，从而主要生成selin-7(11)-en-4-醇。为了开发一种更通用的倍半萜合成酶功能切换方法，我们通过多重序列比对从Actinacidiphila soli中鉴定并表征了一种新的selina-3,7(11)-二烯合成酶（AsSdS），该酶在305位点含有谷氨酸（E305）。通过定向诱变生成变体G221T后，我们成功实现了AsSdS对水分子的捕获，从而生成selin-7(11)-en-4-醇。我们的研究发现，selinadiene合成酶活性位点口袋中的两个关键区域——K_helix区域的G/E305和H_helix区域的T/G221——对产物生成具有显著影响。这些残基的微妙但可预测的变化会改变酶的脱质子化能力和水分子捕获能力，这一特性可以进一步用于改造其他萜类合成酶，以开发出具有独特产物特性的生物催化剂，适用于多种应用。

图形摘要

在萜类合成酶中实现水分子捕获的工程改造仍然具有挑战性。我们发现了selinadiene合成酶活性位点口袋中的两个区域，这些区域可以影响最终催化步骤中的脱质子化或水分子捕获过程，并展示了由此带来的产物生成方式的改变。这些见解可用于改造其他倍半萜合成酶，以开发新的生物催化剂。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

本研究支持的数据可在卡迪夫大学研究数据仓库公开获取，网址为：https://doi.org/10.17035/cardiff.29136794。