Phenyltransferases as key enzymes in primary and secondary metabolism
- 作者
- Julia Winkelblech, Aili Fan, Shu-Ming Li
- 杂志
- Applied Microbiology and Biotechnology（2015）
- DOI
- 10.1007/s00253-015-6811-y
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
系统整理异戊二烯转移酶（尤其是DMATS超家族）在生物初级和次级代谢中的分类、底物特异性、生化特性和反应机制，阐明其对异戊二烯类天然产物结构多样性的贡献。
研究策略
采用综述形式，按酶家族分类（Prenyl diphosphate synthases、肽/蛋白/tRNA异戊二烯转移酶、芳香族异戊二烯转移酶中的膜结合型和可溶型），重点聚焦DMATS超家族，汇总已表征酶的生化数据、晶体结构并总结系统发育关系。
核心内容
该综述系统整理了异戊二烯转移酶在生物初级和次级代谢中的功能与机制，重点聚焦DMATS超家族。作者按酶家族分类梳理了异戊二烯焦磷酸合酶、肽/蛋白/tRNA异戊二烯转移酶以及芳香族异戊二烯转移酶，并结合生化数据和晶体结构总结了系统发育关系。自2009年以来，DMATS超家族中新表征了32种可溶酶，使已知可溶酶总数超过40种，其中包含12种色氨酸异戊二烯转移酶和14种环二肽异戊二烯转移酶；底物谱也从吲哚衍生物扩展至酪氨酸和氧杂蒽酮等非吲哚类化合物。此外，FgaPT2等四种酶的晶体结构已获解析。目前已知的异戊二烯类天然产物超过63,000种。该综述表明，异戊二烯转移酶通过将异戊二烯基转移至蛋白质、tRNA及芳香族化合物等多样受体，显著扩展了天然产物的结构和生物活性多样性；DMATS超家族酶表现出广泛的底物容忍度和区域/立体选择性，其结构信息为酶工程改造和生物技术应用奠定了基础。
创新点
全面更新了自2009年以来DMATS超家族的研究进展，包括32个新酶的鉴定、底物谱从吲哚衍生物扩展至酪氨酸和氧杂蒽酮等非吲哚类化合物，以及对多种酶晶体结构的解析，为理解催化机制和理性设计提供了新见解。
研究对象（16）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Aspergillus fumigatus | 麦角生物碱生物合成 | fgaPT2 | FgaPT2 | 催化 | DMATS超家族，催化色氨酸C4异戊二烯化 |
| Claviceps purpurea | 麦角生物碱生物合成 | dmaW | DmaW | 催化 | 第一个发现的DMATS超家族酶，催化色氨酸C4异戊二烯化 |
| Aspergillus fumigatus | hexadehydroastechrome生物合成 | — | 7-DMATS | 催化 | 催化色氨酸C7异戊二烯化 |
| Aspergillus clavatus | — | — | 5-DMATS | 催化 | 催化色氨酸C5异戊二烯化，填补真菌色氨酸异戊二烯化位置空白 |
| Salinispora arenicola | cyclomarin A/cyclomazarine A生物合成 | cymD | CymD | 催化 | 第一个细菌色氨酸异戊二烯转移酶，催化N1异戊二烯化 |
| Streptomyces sp. SN-593 | 6-DMAI-3-carbaldehyde生物合成 | iptA | IptA | 催化 | 催化色氨酸C6异戊二烯化 |
| Aspergillus fumigatus | fumitremorgin生物合成 | ftmPT1 | FtmPT1 | 催化 | 环二肽异戊二烯转移酶，催化环二肽的异戊二烯化 |
| — | sirodesmin PL生物合成 | sirD | SirD | 催化 | DMATS超家族，催化酪氨酸O-异戊二烯化 |
| Streptomyces sp. | naphterpin生物合成 | nphB | NphB | 催化 | CloQ/NphB组成员，PT桶结构，首个解析晶体结构的该组酶 |
| Streptomyces roseochromogenes | clorobiocin生物合成 | cloQ | CloQ | 催化 | CloQ/NphB组成员，催化4-羟基苯丙酮酸异戊二烯化 |
| Escherichia coli | 泛醌生物合成 | ubiA | UbiA | 催化 | 膜结合异戊二烯转移酶，催化4-羟基苯甲酸辛异戊二烯化 |
| Lithospermum erythrorhizon | shikonin生物合成 | lePGT-1 | LePGT-1 | 催化 | 膜结合异戊二烯转移酶，GPP特异性，定位于内质网 |
| Glycine max | glyceollin生物合成 | G4DT | G4DT | 催化 | 膜结合异戊二烯转移酶，催化紫檀素4-二甲烯丙基化 |
| Stigmatella aurantiaca | aurachin生物合成 | auaA | AuaA | 催化 | 膜结合法尼基转移酶，催化2-甲基-4-羟基喹啉法尼基化 |
| Bacillus subtilis | ComX信息素生物合成 | comQ | ComQ | 催化 | 肽异戊二烯转移酶，催化多肽色氨酸残基的法尼基化 |
| Lyngbya aestuarii | cyanobactin生物合成 | lynF | LynF | 催化 | 肽异戊二烯转移酶，催化环肽酪氨酸残基的正/逆O-异戊二烯化 |
关键发现
- 综述指出已鉴定的异戊二烯类天然产物超过63,000种
- DMATS超家族中已有超过40种可溶酶被生化表征，其中自2009年以来新表征32种
- 已发现12种色氨酸异戊二烯转移酶和14种环二肽异戊二烯转移酶
- 底物谱涵盖色氨酸、色氨酸肽、吲哚衍生物、酪氨酸及不含氮芳香族底物
- FgaPT2等四种DMATS酶的晶体结构已解析，为理解异戊二烯转移反应机制提供了基础。
研究结论
异戊二烯转移酶通过催化异戊二烯基向多种受体（蛋白质、tRNA、芳香族化合物）的转移，在初级和次级代谢中发挥关键作用，显著扩展了天然产物的结构和生物活性多样性；DMATS超家族可溶酶表现出广泛的底物容忍度和区域/立体选择性，其结构信息为酶工程改造和生物技术应用奠定了重要基础。