2012年10月10日 訊 /生物谷BIOON/ --鐵硫蛋白IspH在幾種病原體的萜烯代謝中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用,。這種反應(yīng)機制為人們開發(fā)新的抗生素(特別是抵抗瘧疾和肺結(jié)核病的抗生素)提供一種新的方法,。在研究這種酶中，來自德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)(Technische Universitat Munchen)的研究人員發(fā)現(xiàn)一種之前人們并不知道的反應(yīng)：IspH接受兩類完全不同的分子為它的搭檔,。這一令人吃驚的發(fā)現(xiàn)為人們戰(zhàn)勝傳染病提供新的思路,。相關(guān)研究結(jié)果于近期刊登在Nature Communications期刊上。
萜烯( terpene)是最為龐大和最為多樣化的天然化合物之一,，膽固醇和雌激素就是大家熟悉的例子,。在所有有機體中，萜烯的生物合成起始于兩種構(gòu)建單元(building block)：異戊烯二磷酸(isopentenyl-diphosphate, IPP)和二甲烯丙基二磷酸(dimethylallyl diphosphate, DMAPP)。然而,，哺乳動物和細(xì)菌利用不同的生物合成途徑來完成這種合成,。在細(xì)菌和致病微生物中，酶IspH催化IPP和DMAPP產(chǎn)生的最后一步,。因此,，多年以來，科學(xué)家們就已認(rèn)識到IspH有潛力作為一種攻擊靶點從而有助于人們開發(fā)出抵抗瘧疾和肺結(jié)核病的藥物,。
如今,，來自慕尼黑工業(yè)大學(xué)的Michael Groll教授和Ingrid Span博士在這個領(lǐng)域取得一項重要的突破。他們與來自美國伊利諾伊大學(xué)的Eric Oldfield教授及其研究團隊一起發(fā)現(xiàn)某些抑制酶 IspH的炔類化合物,。利用 X射線晶體學(xué)技術(shù),，他們發(fā)現(xiàn)這種酶不僅結(jié)合幾種炔類化合物到它的活性位點，而且還對它們進行修飾,。通過加入水分子到乙炔基團(acetylene group)上,，從而將炔類化合物轉(zhuǎn)化為醛或酮類物質(zhì)。Ingrid Span解釋到,，“通常,，酶只與一種特異性底物發(fā)生反應(yīng)。因此,，我們吃驚地發(fā)現(xiàn) IspH能夠與兩類完全不同的分子發(fā)生反應(yīng),。”
IspH上的活性位點的結(jié)構(gòu)和位置具有靈活性。這種酶是由三種結(jié)構(gòu)單元組成的,，并且在這三個結(jié)構(gòu)單元的中心存在著一種立方體結(jié)構(gòu)的鐵硫簇,。這種不同尋常的結(jié)構(gòu)使得這種酶能夠完成一種具有挑戰(zhàn)性的反應(yīng)：將烯丙醇(allyl alcohol )轉(zhuǎn)化為上述兩種萜烯組分的混合物。盡管鐵硫蛋白在正常情形下作為一種電子傳遞體,，但是酶IspH將底物直接結(jié)合到它的鐵硫簇上,。
除了乙炔水合酶和固氮酶，IspH是已知第三種催化炔類化合物轉(zhuǎn)化的酶,。此外，在此之前,，人們還沒發(fā)現(xiàn)能夠催化這種反應(yīng)的含鐵催化劑,。因此，IspH的這種新發(fā)現(xiàn)的性質(zhì)可能能夠有助于人們開發(fā)出新的活性藥物成分,。(生物谷Bioon.com)
doi: 10.1038/ncomms2052
PMC:
PMID:
Discovery of acetylene hydratase activity of the iron–sulphur protein IspH
Ingrid Span, Ke Wang, Weixue Wang, Yonghui Zhang, Adelbert Bacher, Wolfgang Eisenreich, Kai Li, Charles Schulz, Eric Oldfield & Michael Groll
The final step of the methylerythritol phosphate isoprenoid biosynthesis pathway is catalysed by the iron–sulphur enzyme IspH, producing the universal precursors of terpenes: isopentenyl diphosphate and dimethylallyl diphosphate. Here we report an unforeseen reaction discovered during the investigation of the interaction of IspH with acetylene inhibitors by X-ray crystallography, Mößbauer, and nuclear magnetic resonance spectroscopy. In addition to its role as a 2H+/2e− reductase, IspH can hydrate acetylenes to aldehydes and ketones via anti-Markovnikov/Markovnikov addition. The reactions only occur with the oxidised protein and proceed via η1-O-enolate intermediates. One of these is characterized crystallographically and contains a C4 ligand oxygen bound to the unique, fourth iron in the 4Fe-4S cluster: this intermediate subsequently hydrolyzes to produce an aldehyde product. This unexpected side to IspH reactivity is of interest in the context of the mechanism of action of other acetylene hydratases, as well as in the design of antiinfectives targeting IspH.
