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磷酸鹽在各種生物體起著許多不可缺少的生物化學(xué)功能。許多酶只能作用于磷酸化的底物，而無法與非磷酸化底物作用。通常，磷酸基團(tuán)并不直接的參與催化反應(yīng)，而是起到識(shí)別底物和底物與酶之間的結(jié)合。此外，人們發(fā)現(xiàn)多種酶利用磷酸陰離子的結(jié)合能來活化酶。但是，底物的磷酸基團(tuán)在酶催化的其他階段（如中間穩(wěn)定或不穩(wěn)定）起到的作用尚未被研究。

轉(zhuǎn)酮酶（TK）參與核酸和芳香族氨基酸的生物合成，是磷酸戊糖途徑中的關(guān)鍵酶，作用于磷酸酮糖和磷酸醛糖底物。先前的相關(guān)研究中，人們通過研究TK與非天然非磷酸化糖的關(guān)系，揭示了底物中的磷酸基團(tuán)作為結(jié)合在酶上的錨定作用。有鑒于此，上海交通大學(xué)戴少波、哥廷根大學(xué)Kai Tittmann等驗(yàn)證磷酸基團(tuán)起到的多種催化功能。

本文要點(diǎn)

（1）

首先，磷酸基團(tuán)通過反應(yīng)物狀態(tài)的不穩(wěn)定促進(jìn)形成結(jié)構(gòu)扭曲的能量較高的底物ThDP綴合物，這對轉(zhuǎn)酮癥酸酶催化反應(yīng)至關(guān)重要。隨后，磷酸基團(tuán)能夠避免Breslow烯胺中間體在酶催化位點(diǎn)累積，因此阻礙質(zhì)子化或氧化等副反應(yīng)產(chǎn)物，這實(shí)現(xiàn)了一種門控的受體交換機(jī)理。此外，外來的亞磷酸鹽陰離子能夠發(fā)生多重折疊方式進(jìn)行結(jié)合，從而能夠增強(qiáng)在非磷酸化底物的反應(yīng)性。

（2）

這項(xiàng)研究闡明了底物的磷酸基團(tuán)在轉(zhuǎn)酮酶催化中的多種未曾被認(rèn)識(shí)的作用，為Westheimer在1987年提出的“為什么大自然選擇磷酸鹽”的問題提供可靠的答案。

參考文獻(xiàn)

Zhiyong Liu, Chengliang Xiao, Shuangjun Lin, Kai Tittmann*, and Shaobo Dai*, Multifaceted Role of the Substrate Phosphate Group in Transketolase Catalysis, ACS Catal. 2024, 14, 355–365

DOI: 10.1021/acscatal.3c04543

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.3c04543