From Functional Plasticity of Two Diterpene Synthases (IrTPS2/IrKSL3a) to Enzyme Evolution

QM/毫米 定向进化 化学 碳阳离子 立体化学 生物化学 催化作用 有机化学 突变体 基因
作者
Baolong Jin,Kangwei Xu,Juan Guo,Ying Ma,Jian Yang,Nianhang Chen,Tao Zeng,Jian Wang,Jianing Liu,Mei Tian,Qing Ma,Haiyan Zhang,Reuben J. Peters,Guanghong Cui,Ruibo Wu,Luqi Huang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (5): 2959-2970 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c05918
摘要

Terpenoids are an intriguing class of natural products with diverse structures and biological activities whose complexity stems in large part from terpene synthases (TPSs). These enzymes catalyze carbocationic cascade reactions wherein the groups responsible for quenching the final carbocation are generally not well-known. IrKSL3a and IrTPS2 from Isodon rubescens share 98% sequence homology but use distinct quenching strategies, with IrKSL3a catalyzing direct deprotonation to generate the olefin isopimaradiene while IrTPS2 adds water to yield the hydroxylated nezukol. In this work, we discovered a threonine and serine that hydrogen-bond the water to be added in IrTPS2. Site-directed mutagenesis and multiscale QM/MM simulations of modeled structures further reveal that the binding of this water is blocked by the introduction of a β-methyl-containing side chain in a neighboring residue. From these insights, it was then possible to engineer IrKSL3a to generate nezukol, with other new hydroxylated products also observed. Inspired by these mechanistic insights into the functional plasticity of IrKSL3a and IrTPS2, we explored the plausible evolutionary relationship of these kaurene synthase-like (KSL) TPSs, as well as prospective utilization of these plasticity sites discovered in IrTPS2/IrKSL3a. Such experiments with a variety of more phylogenetically distant KSLs demonstrated that these residues are necessary but not sufficient to efficiently introduce such an addition of water, emphasizing the selective pressure underlying the extended evolutionary process for the production of nezukol by IrTPS2.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
Auntiepress完成签到 ,获得积分10
1秒前
psj完成签到,获得积分10
2秒前
3秒前
sole发布了新的文献求助10
3秒前
zhl完成签到,获得积分10
3秒前
清风入梦完成签到,获得积分10
6秒前
renzhiqiang完成签到,获得积分10
7秒前
xij发布了新的文献求助10
8秒前
10秒前
lxhhh完成签到,获得积分10
10秒前
栗子完成签到,获得积分10
10秒前
孤星完成签到,获得积分10
12秒前
Whisper完成签到 ,获得积分10
12秒前
科研通AI6.3应助123采纳,获得10
14秒前
不是一个名字完成签到,获得积分10
14秒前
徐沐完成签到,获得积分10
15秒前
积极的白羊完成签到 ,获得积分10
15秒前
xiaopang完成签到,获得积分10
17秒前
zy大章鱼完成签到,获得积分10
18秒前
18秒前
科研通AI6.3应助xij采纳,获得10
18秒前
小西瓜发布了新的文献求助10
20秒前
徐沐发布了新的文献求助10
21秒前
fjjjjjj发布了新的文献求助10
22秒前
天穹雨完成签到,获得积分0
26秒前
cookiezhu01完成签到 ,获得积分10
26秒前
健壮洋葱完成签到 ,获得积分10
27秒前
文承龙完成签到,获得积分10
29秒前
满意听云完成签到,获得积分10
29秒前
万象更新完成签到,获得积分10
29秒前
852应助简书采纳,获得10
32秒前
w279297完成签到 ,获得积分10
33秒前
你在教我做事啊完成签到 ,获得积分10
33秒前
Alvin完成签到 ,获得积分10
36秒前
qpzn完成签到,获得积分10
37秒前
gsokok完成签到,获得积分10
38秒前
Jun完成签到,获得积分10
38秒前
立na应助铎子采纳,获得10
40秒前
gglp完成签到 ,获得积分10
41秒前
酚蓝8809完成签到,获得积分10
41秒前
高分求助中
Principles of Economics, 11th Edition 10000
University Physics with Modern Physics, 16th edition 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
48V Low-voltage Power Distribution Network (PDN) Architecture Industry Report, 2024 800
ズームレンズの光学設計に関する研究 800
Fundamentals of Pharmaceutical and Biologics Regulations: A Global Perspective, Second Edition 700
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 610
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7298365
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8916739
关于积分的说明 18879766
捐赠科研通 6963453
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3210642
关于科研通互助平台的介绍 2379971
邀请新用户注册赠送积分活动 2187127