Cyclization cascade of the C33-bisonheptaprenoid catalyzed by recombinant squalene cyclase
- 作者
- Jun Cheng, Tsutomu Hoshino
- DOI
- 10.1039/b823167b
- 所属领域
- 合成生物学
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解决的核心问题
探索延长碳链的C33底物能否被角鲨烯-藿烯环化酶（SHC）催化生成非天然的六环骨架，并解析其环化反应机制。
研究策略
化学合成C33多聚异戊二烯底物14，利用重组SHC进行酶促反应，分离产物并经NMR等鉴定结构，基于产物分布和构象分析提出环化级联机制。
核心内容
该研究通过化学合成C33延长碳链的多聚异戊二烯底物14，并借助重组角鲨烯-藿烯环化酶（SHC）催化其环化，旨在探索超长底物能否生成非天然六环骨架。结果显示转化率高达98%，但产物主要分布在单环至五环之间，未检测到六环产物。其中三环产物中chair-chair-boat构象的假中间体38产率达26.3%，而chair-chair-chair构象的真中间体40仅9.0%；四环产物中假中间体41产率24.4%，真中间体43为18.3%。这些数据表明SHC虽能高效接受C33底物并表现出显著底物塑性，但由于活性位点尺寸限制，底物发生错误折叠导致环化级联提前终止，生成多种新颖的非天然单环至五环产物。该工作首次系统阐明了延长角鲨烯类似物的环化机制，揭示了酶反应腔几何约束与底物构象选择之间的关键关系，为理解萜类环化酶催化多样性和设计非天然多环骨架提供了重要参考。
创新点
首次系统研究C33延长角鲨烯类似物的SHC催化环化，虽然未生成六环，但发现SHC能高效接受该底物并产生多种新奇单环至五环产物，揭示了底物在活性位点错误折叠导致假中间体的现象。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| E. coli克隆(pET3a) | 角鲨烯环化途径 | shc | squalene-hopene cyclase (SHC) | 催化 | 来源于Alicyclobacillus acidocaldarius |
关键发现
- C33底物14经重组SHC催化转化率高达98%，未反应底物仅2.0%
- 产物包含单环(13%)、双环(7%)、三环(35.3%)、四环(40.3%)和五环(2.2%)，但未检测到六环产物。三环产物中，chair-chair-boat构象的假中间体38产率26.3%，chair-chair-chair构象的真中间体40产率9.0%
- 四环产物中，假中间体41产率24.4%，真中间体43产率18.3%。
研究结论
C33延长底物因反应腔尺寸限制无法生成六环骨架，但SHC表现出显著的底物塑性，能高效转化该底物生成多种新颖C33环化产物；底物在活性位点的不当排列导致环化级联提前终止，产生多种假中间体。