分享一篇发表在Nature Catalysis上的文章A strategic Ser/Cys exchange in the catalytic triad unlocks an acyltransferase-mediated synthesis of thioesters and tertiary amides，通讯作者是来自诺丁汉大学的Francesca Paradisi和米兰大学的Francesco Molinari，她们致力于酶的设计、进化和工程相关研究。

     合成化学中的酶工具箱已得到了极大的扩展，但工具箱中至今仍缺少一些关键反应，例如硫酯和叔酰胺目前尚无合适高效的生物催化方法，而这两个基团都是有机化学中的重要部分。先前从各种生物中筛选的酰基转移酶用于硫酯和叔酰胺合成时，产率往往不尽人意。

      作者之前报导了从Mycobacterium smegmatis中分离出一种酰基转移酶MsAcT，能在水相中高效催化酯和酰胺的形成。MsAcT与丝氨酸水解酶具有共同的特征，即进化上高度保守的催化三联体Ser-His-Asp。在酰基转移酶的典型机理中，催化三联体首先形成酰基酶(酰基-O-Ser-酶蛋白)中间体，再被亲核试剂进攻从而转移酰基。而在蛋白水解酶家族，常见的催化三联体还有Cys-His-Asp。作者认为，若将Ser突变为Cys，形成酰基-S-Cys-酶蛋白中间体，将更有利于亲核试剂的进攻，以从中间体上消除酰基。但目前为止尚未有在包含Ser的酰基转移酶上进行这种突变的尝试。

     于是，作者表达了S11C MsAcT突变体，惊讶地发现在用乙酸乙烯酯作为活性酰基供体的情况下，突变体可以非常高效地将酰基转移到各种巯基受体上形成硫酯键，并具有定量或接近定量的转化率。而乙酰辅酶A是进行化学生物学研究的重要试剂，但其合成一直依赖于辅酶A上S-乙酰化的化学连接方法。作者发现MsAcT突变体能接受CoA作为酰基受体，高效地生成乙酰辅酶A，且产物在水相中能稳定48h不被水解。表明突变体广泛的底物适应性。

       随后，作者使用分子对接和Amber研究乙酰辅酶A和酶蛋白的结合。发现乙酰辅酶A在催化区域显示出最优的打分，在酶活性部分的阴离子空穴中形成广泛的相互作用，并计算出底物CoA向活性位点的转运和产物乙酰CoA沿相反方向出口的通道。除硫酯的生成外，作者还发现S11C MsAcT突变体还能接受伯胺和仲胺作为酰基受体，但不接受高价值的叔胺作为底物。

       总之，作者在包含Ser的酰基转移酶中首次研究了Ser-Cys突变对硫酯和酰胺催化活性的影响。由于催化三联体家族酶不需要辅因子即可完成催化反应，突变体可用于乙酰辅酶A等高价值产物的高效生物催化合成。

文章作者：WFZ

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41929-020-00539-0

原文引用：10.1038/s41929-020-00539-0

责任编辑：WYK