RhlA Exhibits Dual Thioesterase and Acyltransferase Activities during Rhamnolipid Biosynthesis

硫酯酶 酰基转移酶 催化三位一体 化学 部分 生物合成 组氨酸 立体化学 水解酶 生物化学 配体(生物化学) 活动站点 亲核细胞 催化作用 受体
作者
Ting Tang,Lihao Fu,Wenhao Xie,Yizhou Luo,Yating Zhang,Jianzhi Zhang,Tong Si
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:13 (8): 5759-5766 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c00046
摘要

Rhamnolipids (RLs) are a desirable class of biosurfactants originating from Pseudomonas aeruginosa. Rhamnosyltransferase 1 chain A (RhlA) catalyzes the formation of β-3-(3-hydroxyalkanoyloxy)alkanoic acids (HAAs) to constitute the RL lipid moiety, and the molecular structure of this moiety exerts major impacts on the physiochemical and biological properties of corresponding RLs. However, the catalytic mechanism and sequence-structure–function relationship of RhlA remain elusive. Here, we report the X-ray crystal structure of P. aeruginosa RhlA with an α/β-hydrolase fold and a canonical nucleophile/histidine/acidic catalytic triad. Unexpectedly, free 3-hydroxy fatty acids within a secondary ligand-binding pocket were observed in the crystal of RhlA, which is traditionally considered an acyltransferase that acts only on acyl carrier protein (ACP)-bound substrates. In vitro isotopic labeling, enzyme kinetics experiments, and QM/MM simulations confirmed that free β-hydroxy fatty acids are a reaction intermediate during HAA synthesis. Moreover, first-shell residue mutations that targeted different ligand-binding pockets resulted in distinct modulation patterns for the two acyl chain lengths of HAAs. In conclusion, the revealed biosynthetic mechanism may guide future engineering for the biosynthesis of designer RLs.
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