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天津工生所等首次解析环烯醚萜合成酶结构及催化机理

2016.7.26

　　环烯醚萜类化合物(Iridoids)是植物界中存在的一大类特殊的单萜类二次代谢产物，该类化合物广泛分布于中药材中，如玄参科、茜草科、唇形科、龙胆科等植物，并且有多种重要的生理活性。环烯醚萜合成酶（Iridoid Synthase, IRIS）是催化环烯醚萜类化合物合成中关键的成环酶，其底物为线状单萜10-oxogeranial，其产物为环状的nepetalactol，nepetalactol是多种天然产物的前体物质。目前环烯醚萜类化合物主要是从中药中直接提取而来，生物合成方面的研究较少，尤其对于关键的IRIS是如何进行催化反应的，一直未见相关研究报道，了解IRIS的催化机理，将为生物合成环烯醚萜类化合物提供可能。

　　中国科学院天津工业生物技术研究所研究员郭瑞庭带领的结构生物学与蛋白酶学研究团队与美国伊利诺伊大学教授Eric Oldfield合作，首次解析了环烯醚萜合成酶（IRIS）及其复合体结构，并对IRIS的催化机理进行了研究。该研究通过解析IRIS与NAD+及其底物10-oxogeranial的复合体结构，提出了IRIS的两种催化机制：反式机制与顺式机制。其中反式催化机制形成的作用力较强，K146、Y178与底物的O1间形成相互作用力，NAD攻击C2=C3，形成链式的S-10-oxocitronellal。顺式催化机制中，促进产物形成的作用力较弱，C1-C2，C4-C5间将通过旋转环化形成环状的nepetalactol。因反式催化速率比较慢，顺式催化速率快，故得到的最终产物是nepetalactol，而非S-10-oxocitronellal。该研究成果对于环烯醚萜化合物衍生物的合成提供了重要的理论指导意义。

　　该研究获得科技部“973”计划(2012AA022209)和国家自然科学基金（31200053, 31400678 以及31300615)的支持，相关研究成果已发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）杂志上，并获选封面文章。天津工生所科研助理胡玉梅、副研究员刘卫东为文章的共同第一作者。