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薄荷醇生物合成中胡薄荷酮还原酶立体选择性的功能表征和结构见解

Frontiers in Plant Science ( IF 4.1 ) Pub Date : 2021-11-30 , DOI: 10.3389/fpls.2021.780970
Chanchan Liu 1, 2 , Qiyu Gao 3 , Zhuo Shang 3 , Jian Liu 1 , Siwei Zhou 4 , Jingjie Dang 1 , Licheng Liu 1 , Iris Lange 5 , Narayanan Srividya 5 , B Markus Lange 5 , Qinan Wu 1, 2 , Wei Lin 1, 2, 5, 6
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单萜类化合物是植物精油的主要成分,也是薄荷、荆芥、紫苏、藿香等中药材的活性成分。胡薄荷酮还原酶是薄荷醇生物合成中的关键酶,是立体选择性还原胡薄荷酮的Δ 2,8双键以产生主要中间体薄荷酮所必需的,从而决定了薄荷醇的立体化学。然而,胡薄荷酮还原酶立体选择性的结构基础和机制仍然知之甚少。在这项研究中,我们表征了一种来自荆芥(NtPR)的新型(−)-胡薄荷酮还原酶,通过我们的RNA-seq、生物信息学分析,它可以将(−)-胡薄荷酮催化为(+)-薄荷酮和(−)-异薄荷酮。结合体外酶活性测定,通过X射线晶体学、分子建模与对接、定点突变、分子动力学模拟和生化分析等手段确定了胡椒薄荷酮(+)-胡薄荷酮还原酶(MpPR)的结构。我们鉴定并验证了 MpPR 晶体结构中参与底物胡薄荷酮结合的关键残基。我们还进一步确定残基Leu56、Val282和Val284决定底物胡薄荷酮的立体选择性,并且主要有助于产物的立体选择性。这项工作不仅为理解胡薄荷酮还原酶的立体选择性提供了一个起点,而且为薄荷酮/薄荷醇生物合成酶的工程设计以实现对映体纯产品的高滴度、工业规模生产提供了基础。





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更新日期:2021-11-30
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