基于新型酰基供体乙酸酐的10-去乙酰巴卡亭Ⅲ-10β-O-乙酰转移酶的半理性设计研究

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巴卡亭Ⅲ为广谱抗癌药物紫杉醇生物合成中的重要前体物质,其生物合成由底物10-去乙酰巴卡亭Ⅲ和乙酰辅酶A在10-去乙酰巴卡亭Ⅲ乙酰氧基转移酶(DBAT)的催化下完成,该酰基化反应为紫杉醇生物合成途径中的一个关键步骤。然而,天然底物乙酰辅酶A价格极其昂贵,难以实现大规模体外酶促生产巴卡亭Ⅲ,找到可替代昂贵的天然底物参与DBAT酶促反应的廉价新型酰基供体有望极大地降低紫杉醇的生产成本,具有重大的潜在应用价值。另外,天然DBAT酶活力相对较低,利用半理性设计的方法对DBAT酶进行分子改造从而提高酶的活力和催化效率具有重要的意义。蛋白内的疏水作用力是促使其能够获得准确折叠的主要驱动力,也是使蛋白构象及结构获得稳定的重要因素之一。提高酶内部的疏水作用或能通过使其结构与构象更加稳定从而改善酶的活力与催化性质。本研究利用价格低廉的新型酰基供体乙酸酐作为乙酰辅酶A的替代底物参与酶促反应,并通过DBAT与底物乙酸酐的计算机分子模拟对接,选定活性中心第42位天冬酰胺Asn和37位脯氨酸Pro进行定点突变实验来探究酶活性中心疏水环境的改变对酶活力的影响。主要研究结果如下:(1)利用廉价的新型酰基供体乙酸酐参与DBAT的酶促反应,通过液质联用检测到巴卡亭Ⅲ以[M+Na]+的形式电离,质荷比(m/z)为609.23,确定了乙酸酐可作为廉价新型酰基供体参与DBAT酶促反应。(2)通过分子模拟对接选定活性中心第42位天冬酰胺Asn和37位脯氨酸Pro进行研究,利用全质粒PCR的方法成功构建了DBATN42A、DBATN42I、DBATN42F、DBATN42L、DBATN42V、DBATN42P、DBATN42M、DBATN42W和DBATP37Q 9个突变体质粒,并在大肠杆菌BL21中表达。(3)利用HPLC对9种突变酶和野生酶在体外进行酶促反应时的最适反应温度和最适反应pH进行了测定,发现DBATN42M、DBATN42I、DBATN42F DBATN42W、DBATN42V和DBATP37Q突变酶的最适反应温度与野生型一致,均为32.5℃;DBATN42A和DBATN42L突变酶的最适反应温度为35℃;而DBATN42P的最适反应温度降为30℃。DBATN42M、DBATN42V和DBATN42W突变酶的最适反应pH和野生型酶一致,均为pH7.5;而DBATN42A、DBATN42I、DBATN42L、DBATN42P、DBATN42F和DBATP37Q突变酶的最适反应pH均为7.0。(4)通过HPLC测定各突变酶的酶活力并计算米氏常数等酶学参数,发现突变酶的相对活力和催化效率相对于野生型酶均表现为不同程度降低。结果表明在DBAT酶的活性口袋内单一的增强区域内的疏水作用并不能使其催化性能得到改善,在选择突变位点进行改造时需结合关键位点氢键等多因素,考虑多种作用力的综合影响,同时结果也表明活性中心的42位和37位氨基酸在酶与底物的结合与催化方面扮演中重要角色,为以后的研究提供一定参考。
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