萜类化合物的生物合成始于非环低聚戊烯基二磷酸的环化，随后进行多种功能化以合成具有生物活性的结构复杂的萜烯。环化步骤由单一的萜烯合酶（TPS）催化，并通过提取二磷酸（I型TPS）或质子化（II型）进行底物电离，以启动阳离子级联反应。在I型细菌TPS中，已报道了几种倍半萜合成酶（STPs）和二萜合成酶（DTPs），而单萜合成酶（MTPs）很少见。

虽然I型TPS的整体结构高度保守，并表现出与禽法尼基二磷酸合酶类似的α-螺旋折叠，但它们的氨基酸序列可能非常不同，这对基于序列的功能预测提出了挑战。

近期，德国波恩大学Jeroen S. Dickschat组报道了基于selina-4（15），7（11）-二烯合酶（SdS）与底物替代物2,3-二氢法尼基二磷酸（DHFPP）复合物的晶体结构，对其进行理性设计。从晶体复合物中可以看出，几个非极性活性位点残基将DHFPP包裹在SdS结构中，从而确定底物构象和活性位点内的可用空间。

图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

随后，通过同位素标记实验和DFT计算研究了该酶的作用机理，以解释一种不寻常的乙基形成。

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为了更深入地理解活性位点残基在TPS催化中的作用，构建了几个SdS活性位点残基突变体。理性设计的活性位点残基交换显示出主要的功能开关，突变体I66F在产生另外五种新化合物时发生变化，而突变体A87T、A192V和双突变体A87T/A192V使产物转向wanju-2,5-二烯。

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参考文献：Functional Switch and Ethyl Group Formation in the Bacterial PolytrichastreneSynthase from Chryseobacterium polytrichastri

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202109465

原文作者：Anwei Hou, Bernd Goldfuss, and Jeroen S. Dickschat*