分會

第二十四分會：化學(xué)中的量子與經(jīng)典動力學(xué)

摘要

萜類化合物是數(shù)目最為眾多的一類天然產(chǎn)物分子，因其具有豐富的骨架多樣性和廣泛的生物活性，是藥物分子的重要來源之一。探究大自然如何通過調(diào)控酶催化衍生出骨架如此豐富的萜類分子，對于豐富活性萜類天然產(chǎn)物分子來源具有重要意義。萜類環(huán)化酶是萜類天然產(chǎn)物生物合成中最關(guān)鍵的一類酶，其重要特點(diǎn)是許多酶具有催化雜泛性，即指酶能夠催化不同的化學(xué)反應(yīng)過程，歷經(jīng)不同過渡態(tài)生成不同的中間體或產(chǎn)物。催化雜泛性酶在蛋白工程界也引起了關(guān)注，有望應(yīng)用于增強(qiáng)天然催化活性或獲得新的催化功能。 我們借助QM(DFT)/MM MD多尺度模擬方法對典型萜類環(huán)化酶進(jìn)行了研究。首先通過對比研究倍半萜環(huán)化酶（FPPC）中具有催化雜泛性的TEAS和催化專一性的ATAS，解析了二者詳細(xì)的酶催化反應(yīng)機(jī)制，深入探究了酶催化過程中的各類調(diào)控因素，總結(jié)歸納了與萜類環(huán)化酶催化雜泛性/專一性密切相關(guān)的三大關(guān)鍵調(diào)控因素：底物折疊，中間體柔性和關(guān)鍵殘基。此外，對以活性骨架前體為主產(chǎn)物的鳶尾科植物三萜環(huán)化酶ItOSCs進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)其具有特殊的非保守性“Y-LL”催化區(qū)域。深入挖掘了特殊的“Y-LL”催化三聯(lián)體的關(guān)鍵調(diào)控作用，并理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明了該可塑性位點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)酶活性改造。初步的酶重設(shè)計(jì)探索已經(jīng)獲得了具有新催化活性的突變體酶，有待進(jìn)一步優(yōu)化和改造。這些研究工作豐富了關(guān)于萜類生源機(jī)制的傳統(tǒng)認(rèn)知，而且對基于生物合成來豐富活性萜類天然產(chǎn)物分子為目的的萜類酶理性設(shè)計(jì)有重要參考價值。

關(guān)鍵詞

萜類環(huán)化酶;酶催化機(jī)制;量子力學(xué)/分子力學(xué)組合方法（QM/MM）

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