Novel Medium-Chain Prenyl Diphosphate Synthase from the Thermoacidophilic Archaeon Sulfolobus solfaticus
- 作者
- Hisashi Hemmi, Satoru Ikejiri, Satoshi Yamashita, Tokuzo Nishino
- 单位
- Department of Biomolecular Engineering, Graduate School of Engineering, Tohoku University, Sendai, Miyagi 980-8579, Japan
- 杂志
- Journal of Bacteriology（2002）
- DOI
- 10.1128/JB.184.3.615-620.2002
- 所属领域
- 代谢工程
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
从嗜热酸古菌Sulfolobus solfataricus基因组中鉴定一个功能未知的仿(all-E)型异戊烯基二磷酸合酶同源基因，确定其产物链长和生物学功能。
研究策略
基于基因组同源搜索发现ORF (bac19_042)，通过PCR克隆，在大肠杆菌中异源表达并纯化，进行酶学表征和产物分析，结合系统发育分析揭示进化关系。
核心内容
该研究从嗜热酸古菌Sulfolobus solfataricus基因组中鉴定并克隆了一个功能未知的异戊烯基二磷酸合酶同源基因bac19_042，在大肠杆菌中异源表达并纯化后进行了系统的酶学表征。该基因编码281个氨基酸的蛋白，推算分子量为32,274 Da，纯化后比活力达1.84 nmol/mg/min，纯化105倍，回收率48.6%。酶学性质显示该酶高度耐热，80℃处理2小时活性完全保持，最适pH为6.0，依赖Mg2+，Triton X-100可提高活性约2倍。以GGPP为最适底物时主要生成六异戊烯基二磷酸（C30），当IPP浓度提高10倍时可产生少量七异戊烯基二磷酸（C35），因此被鉴定为六异戊烯基二磷酸合酶（HexPS），推测参与caldariellaquinone的生物合成。值得注意的是，该古菌酶仅由单一多肽即可发挥催化活性，不同于已知细菌中链酶所需的双亚基结构，且系统发育分析显示其与真核短链香叶基香叶基二磷酸合酶关系密切，提示真核短链酶可能从中链古菌酶进化而来。该发现拓展了对中链异戊烯基二磷酸合酶多样性的认识，为理解异戊烯基转移酶家族进化提供了新视角。
创新点
首次报道古菌来源的中链异戊烯基二磷酸合酶（HexPS）；该酶仅由单一多肽即可发挥活性，不同于已知细菌中链酶的双亚基结构；系统发育分析显示其与真核短链酶（尤其是GGPS）关系密切，提出了真核短链酶可能从中链酶进化的新假说。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Escherichia coli BL21(DE3) | 异戊二烯/类萜生物合成 | bac19_042（pET-PTH载体中的S. solfataricus HexPS基因） | 六异戊烯基二磷酸合酶（HexPS） | 催化 | 重组表达宿主 |
| Sulfolobus solfataricus | caldariellaquinone（硫磺菌醌）生物合成 | bac19_042 | 六异戊烯基二磷酸合酶（HexPS） | 催化 | 酶来源菌株，产物用于呼吸醌侧链 |
关键发现
- 编码281个氨基酸的蛋白，计算分子量32,274 Da（SDS-PAGE约32 kDa）
- 酶高度耐热，80℃处理2小时活性保持完全
- 最适pH 6.0，需Mg2+，Triton X-100约提高活性2倍
- 以GGPP为最适底物，主要产物为六异戊烯基二磷酸（C30），当IPP浓度提高10倍时产生少量七异戊烯基二磷酸（C35）
- 纯化后比活力1.84 nmol/mg/min，纯化105倍，回收率48.6%。
研究结论
该酶是Sulfolobus solfataricus的六异戊烯基二磷酸合酶，可能参与caldariellaquinone的生物合成。与细菌中链酶不同，它不需要第二亚基即可催化。系统发育分析表明它位于真核短链GGPS分支，提示真核GGPS可能起源于类似泉古菌的中链酶。