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
刚刚
1秒前
灯火阑珊完成签到 ,获得积分10
2秒前
呆萌的蚂蚁完成签到 ,获得积分10
4秒前
幸福妙柏完成签到 ,获得积分10
6秒前
色彩完成签到,获得积分10
6秒前
研友_n2Qv2L发布了新的文献求助10
6秒前
我不理解发布了新的文献求助10
9秒前
DKX完成签到 ,获得积分10
10秒前
qhuzhl完成签到,获得积分10
12秒前
17秒前
19秒前
执着的秋柳完成签到,获得积分10
19秒前
研友_n2Qv2L完成签到,获得积分10
20秒前
23秒前
123完成签到 ,获得积分10
25秒前
25秒前
耳东陈完成签到 ,获得积分10
26秒前
我不理解完成签到,获得积分10
26秒前
yes完成签到 ,获得积分10
30秒前
车干完成签到 ,获得积分10
32秒前
cepha完成签到 ,获得积分10
32秒前
152完成签到 ,获得积分10
33秒前
13633501455完成签到 ,获得积分10
35秒前
谦让鱼完成签到 ,获得积分10
37秒前
40秒前
guoxingliu完成签到,获得积分10
40秒前
科研通AI6.2应助cds采纳,获得10
45秒前
无语的羞花完成签到,获得积分10
47秒前
chenzihao完成签到,获得积分10
48秒前
她说肚子是吃大的i完成签到,获得积分10
54秒前
57秒前
iitj完成签到,获得积分10
59秒前
Aoiny完成签到,获得积分10
1分钟前
武雨寒发布了新的文献求助10
1分钟前
山色青完成签到,获得积分10
1分钟前
cdercder应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
1分钟前
cds发布了新的文献求助10
1分钟前
小蘑菇应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
高分求助中
(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
Essentials of Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, 4th Edition 800
Navigating Normative Orders. Interdisciplinary Perspectives 800
1 Peter and Christ's Descent to the Dead in Its Early Christian Reception 700
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
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 7749930
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9297625
关于积分的说明 20241088
捐赠科研通 7331393
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3309468
关于科研通互助平台的介绍 2461069
邀请新用户注册赠送积分活动 2321826