研究揭示金属异构酶催化己糖氧化裂解新机制

糖类是细胞能量的主要来源，也是构成细胞结构的重要组成部分。其中，以己糖为代表的分子，通过碳-碳键断裂生成短链化合物，是其进入代谢网络并执行生理功能的重要途径。在初级代谢中，己糖的裂解反应通常通过己酮糖的反向醛缩或类转酮机制实现。然而，在化学多样性相对丰富的次级代谢领域，己糖裂解反应鲜有报道。近期，中国科学院微生物研究所等，解析了一种在次级代谢产物环烯酸菌素生物合成中，可催化己糖碳-碳键氧化裂解的金属异构酶。

环烯酸菌素是一类具有独特6/7/8/5四环结构的多烯聚酮类天然产物，对革兰氏阳性菌表现出显著的抗菌活性。科研人员发现，金属异构酶Art22具有典型的TIM桶状结构，可催化己酮糖异构化反应，并依赖过渡金属离子活化氧气，通过酸酐中间体，实现己糖氧化断裂并伴随CO₂释放。同时，Art22可在同一催化中心依次完成异构化与氧化裂解两步反应，并在细菌内发挥双重生理功能，即一方面通过异构化促进杀菌活性分子的生成；另一方面通过氧化裂解作用使微量毒性产物失活，从而实现“进攻”与“防御”的动态平衡。

该研究系统阐明了一种全新的糖类氧化裂解机制，拓展了TIM-桶金属酶的催化反应谱系，揭示了微生物利用同一酶的多重催化活性，实现生理功能智能化调控的分子策略。

相关研究成果发表在《自然-催化》（Nature Catalysis）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部、中国科学院等的支持。

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酶催化己糖碳-碳键断裂的不同方式

金属酶Art22催化己糖异构和氧化裂解并发挥抗生素激活与解毒功能