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张琪课题组在甲基转移酶机制研究方面获得新突破
发布时间:2018-06-25  阅读次数:0

       甲基化反应是生物化学中最为重要的反应之一,几乎参与了所有的生命过程。S-腺苷甲硫氨酸(SAM,图1)是生化反应中最为重要的甲基供体,其分子中与硫鎓离子相连的甲基具有较高的亲电性,可以与很多具有亲核活性的生物分子发生SN2反应实现甲基转移。然而除了作为甲基供体之外,SAM还可以作为一种自由基前体,在SAM自由基酶(Radical SAM enzymes)的四铁四硫簇的还原下,产生一个高度活泼的脱氧腺苷(dAdo)自由基从而引发种类繁多的化学反应(图1)。SAM自由基酶目前已经有超过20万个成员,是已知的最大酶家族。这类酶广泛地存在于自然界,参与了核酸修饰,蛋白修饰,辅因子合成和天然产物合成,具有丰富的反应多样性和迷人的化学机制。

图1  SAM自由基酶普遍的催化机制

 

       如前所述,SAM依赖的甲基化反应大都是通过亲核取代机制实现的,而对一些非亲核位点的甲基化则通常涉及自由基中间体。近日张琪课题组在自由介导的甲基转移酶的机制研究上取得新的进展。作者合成了一类烯丙基取代的SAM类似物—allyl-SAM并将作为探针对SAM自由甲基转移酶NosN催化机制进行了探究。研究中发现allyl-SAM可以很好地被NosN识别,由一分子allyl-SAM转化得到的丙烯基腺苷硫醚1可以成功的捕获由另一分子allyl-SAM产生的dAdo自由基2,生成自由基加成产物3(图2A)。同时作者还发现该酶可以催化硫代腺苷(tAdoH, 4)和高丝氨酸内酯5的反应,生成S-腺苷高半胱氨酸6(图2B)。该研究清晰的证实了课题组之前提出的NosN催化机制,确证酶中心同时结合两分子SAM。其中一分子SAM作为甲基供体,另一分子SAM作为自由基引发剂,通过自由基加成-断裂的机制实现非亲核位点的甲基化。该工作同时也表明这类自由基酶的反应具有巨大的调控性,有望通过底物改造和蛋白进化创造出更多样和奇特的反应活性。

图 2. (A) NosN与allyl-SAM的反应 (B) NosN催化的高丝氨酸内酯对硫代腺苷的烷基化反应

 

       这一研究工作发表于德国应用化学(Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 6601-6604),复旦大学化学系博士研究生季鑫剑为论文第一作者。该工作得到了科技部重点研究计划、自然科学基金和青年千人计划资助。

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