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。通常，在初级代谢中，己糖的裂解反应通过己酮糖的反向醛缩或类转酮机制实现。但是，在化学多样性极为丰富的次级代谢领域，己糖裂解反应却鲜有报道。
近期，中国科学院微生物研究所陈义华团队和李德峰团队，联合厦门大学王斌举团队，解析了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。研究发现，金属异构酶Art22具有典型的TIM桶状结构，不仅能够催化己酮糖的异构化反应，还可以依赖过渡金属离子活化氧气，通过酸酐中间体实现己糖的氧化断裂并伴随CO2的释放。更独特的是，Art22能够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。一方面通过异构化促进杀菌活性分子生成，另一方面通过氧化裂解作用使微量毒性产物失活，实现“进攻”与“防御”的动态平衡。
上述研究阐明了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。
9月24日，相关研究成果在线发表在《自然-催化》（Nature Catalysis）上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院相关项目等的支持。
论文链接
酶催化己糖碳碳键断裂的不同方式
金属酶Art22催化己糖的异构和氧化裂解并发挥抗生素激活与解毒功能
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