萜烯和类异戊二烯是地球上种类最多的有机小分子，这些分子具有结构多样性和重要的功能。因此，合成这些分子的类异戊二烯和萜烯/萜类合成酶的结构和作用机制引起了人们极大的兴趣。

图片来源：ACS Catal.

最近，美国UIUC的EricOldfield课题组与湖北大学郭瑞庭课题组合作，解析了来源于檀香的倍半萜和檀香烯合成酶的结构，包括有或者没有底物、底物类似物、产物类似物存在的8个晶体结构，从结构上揭示了其催化作用机制。

晶体结构显示，在缺少底物和Mg²⁺的情况下，环化酶与异戊烯基转移酶的结构都处于一种“开放”形态，酶本身的三个Mg²⁺（MgABC）与蛋白催化位点相结合，且其中一个Mg²⁺（MgB）参与形成了靠近催化位点的口袋构象，与一个内部氨基酸相互作用，与二磷酸双配位，对三个水分子进行表面重排，形成fac-[Mg(H₂O)₃XPP(Asn/Asp)]。

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此外，该研究还发现环化酶和异戊二烯基转移酶中广泛存在氢键网络：D基序。这个基序围绕着完全保守的外空间Asp，通过H₂O-c与MgB结合，包含五个氨基酸，包括环化酶中的一个非常保守的残基Arg，和αHT蛋白质中的一个高度保守的残基Gln，而这个基序可能参与催化。

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最后，利用生物信息学和诱变技术，发现这些环化酶和其他环化酶中许多高度保守的残基位于活性位点区域之外，并且位于非催化β-结构域，这反映了它们的进化起源于β-γ结构域蛋白，而高度保守的α-结构域中Arg与Glu形成盐桥，用于稳定具有催化活性的αβ-结构域结构。

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参考文献：Terpene Cyclases and Prenyltransferases: Structures and Mechanismsof Action

ACS Catal.

DOI：10.1021/acscatal.0c04710

原文作者：Chun-Chi Chen,^○Satish R. Malwal,^○ Xu Han,^○Weidong Liu, Lixin Ma, Chao Zhai, Longhai Dai, Jian-Wen Huang, Alli Shillo,Janish Desai, Xianqiang Ma, Yonghui Zhang, Rey-Ting Guo,* and Eric Oldfield*