萜类化合物种类繁多，有链形的，环状的，并含有不同饱和程度的烯键。萜类经过氧化、碳链重排等化学修饰，能形成大量的类萜类物质。这些萜类物质具有重要的生理功能，可作为植物生长激素或毒力因子，部分还具有抗感染、抗癌的药用活性。萜类化合物的合成酶主要有六种折叠类型：α，β，γ，δ，ε和ζ。根据底物的不同，又可分为二萜合成酶，三萜合成酶等类型，其中20%属于二萜合成酶。
中科院天津工业生物技术研究所郭瑞庭研究组与美国伊利诺伊大学的Eric Oldfield 教授以及日本新泻大学合作，在二萜环化酶的研究方面取得了突破性进展。通过X-光蛋白晶体衍射技术获得了来源于Bradyrhizobium japonicum的BjKS的酶蛋白空间结构及其与底物ent-CPP和二磷酸盐抑制剂BPH-629的复合体结构，此研究首次揭示了来源于细菌的二萜环化酶结构。该二萜环化酶经由一系列疏水氨基酸M235、F232和F240形成二聚体结构，每个单体包含12个α-螺旋。通过BjKS与其他萜类环化酶或合成酶的结构比对，发现BjKS 的结构与来源于植物的萜类环化酶(紫杉二烯合成酶)结构的α结构域相似性高，说明植物萜类环化酶在进化上由祖先细菌的α 结构域和βγ 结构域融合而来，揭示了BjKS在二萜环化酶进化中的地位。通过选取可能的催化相关关键氨基酸进行突变验证，发现D75C、D75A、D79C和R204A这些突变使酶活性几乎完全丧失，表明这些氨基酸是催化关键氨基酸。在酶的活性测试中，抑制剂BPH-629的IC50为9.5μM，属于高效抑制剂。进一步通过共结晶和底物浸泡两种方式分别解析出了BjKS与底物ent-CPP和与抑制剂BPH-629的复合体结构。分析后发现ent-CPP和抑制剂BPH-629与BjKS结合的部位相同，都结合在BjKS内由疏水性氨基酸形成的催化区域内，详细的作用机理见下图。
该研究得到国家973计划和中国科学院项目资助，相关研究成果已被Scientific Reports接收，天津工业生物所刘文婷、伊利诺伊大学冯欣欣和天津工业生物所郑迎迎副研究员为本文共同第一作者。
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BjKS与底物(ent-CPP)和抑制剂(BPH-629)的复合体立体结构图
