砷糖生物合成過(guò)程中SAM自由基酶ArsS的催化機(jī)制
? ? ? ?砷是一類常見的非金屬元素，重要的化合物例如砒霜（三氧化二砷）、雄黃（四硫化四砷）相信大家都耳熟能詳。這類無(wú)機(jī)砷化合物在人類歷史中扮演了重要的角色，在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中仍有一席之地。除無(wú)機(jī)砷類化合物之外，自然界中砷還以砷糖（arsenosugar）等有機(jī)砷形式存在。目前發(fā)現(xiàn)的砷糖已經(jīng)有超過(guò)20多種，這類化合物被視為是砷甜菜堿、砷糖磷脂等多類有機(jī)砷的前體。由于砷糖的毒性非常低，砷糖的合成過(guò)程也通常被認(rèn)為是生物對(duì)砷的一種解毒策略。
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圖1 砷糖可能的生物合成路徑
? ? ? ?近日，復(fù)旦大學(xué)的張琪課題組報(bào)道了砷糖生物合成中關(guān)鍵酶ArsS的催化活性及反應(yīng)機(jī)制研究。作者通過(guò)嚴(yán)格的生化實(shí)驗(yàn)，證實(shí)ArsS催化二甲基亞砷酸（DMAsIII）的腺苷化，生成二甲基砷腺苷（DDMAA），后者的腺苷部分來(lái)源與S-腺苷甲硫氨酸。作者進(jìn)而通過(guò)一系列研究揭示了該酶的催化機(jī)理。
圖2 ArsS的催化機(jī)制
? ? ? ?ArsS催化的反應(yīng)機(jī)制如圖2所示。在酶中心[4Fe-4S]簇還原作用下，SAM轉(zhuǎn)化為甲硫氨酸（L-Met）和5-脫氧自由基（dAdo?）。5-脫氧自由基進(jìn)攻DMAsIII的As中心，生成自由基中間體x，后者通過(guò)單電子氧化生成DDMAA。作者通過(guò)一系列嚴(yán)格的生化實(shí)驗(yàn)證實(shí)，該反應(yīng)的進(jìn)行不需要外源還原劑，表明伴隨中間體x氧化，失去的電子可以用于[4Fe-4S]的還原再生+1價(jià)的[4Fe-4S]簇，從而用于下一步SAM的斷裂。同時(shí)，作者也對(duì)ArsS催化的底物選擇性，動(dòng)力學(xué)特征、進(jìn)化多樣性等方面進(jìn)行了詳細(xì)的研究。
? ? ? ?這一研究成果以“Characterization and Mechanistic Study of the Radical SAM Enzyme ArsS Involved in Arsenosugar Biosynthesis”為題在線發(fā)表于《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed.）。復(fù)旦大學(xué)張琪課題組博士研究生程金鐸為論文第一作者。該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目及國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目的支持。
????? ?全文鏈接：?https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202015177
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