张琪课题组:砷糖生物合成过程中SAM自由基酶ArsS的催化机制

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砷是一类常见的非金属元素，重要的化合物例如砒霜（三氧化二砷）、雄黄（四硫化四砷）相信大家都耳熟能详。这类无机砷化合物在人类历史中扮演了重要的角色，在现代医学中仍有一席之地。除无机砷类化合物之外，自然界中砷还以砷糖（arsenosugar）等有机砷形式存在。目前发现的砷糖已经有超过20多种，这类化合物被视为是砷甜菜碱、砷糖磷脂等多类有机砷的前体。由于砷糖的毒性非常低，砷糖的合成过程也通常被认为是生物对砷的一种解毒策略。

图1 砷糖可能的生物合成路径

       近日，复旦大学的张琪课题组报道了砷糖生物合成中关键酶ArsS的催化活性及反应机制研究。作者通过严格的生化实验，证实ArsS催化二甲基亚砷酸（DMAsIII）的腺苷化，生成二甲基砷腺苷（DDMAA），后者的腺苷部分来源与S-腺苷甲硫氨酸。作者进而通过一系列研究揭示了该酶的催化机理。

图2 ArsS的催化机制

       ArsS催化的反应机制如图2所示。在酶中心[4Fe-4S]簇还原作用下，SAM转化为甲硫氨酸（L-Met）和5-脱氧自由基（dAdo•）。5-脱氧自由基进攻DMAsIII的As中心，生成自由基中间体x，后者通过单电子氧化生成DDMAA。作者通过一系列严格的生化实验证实，该反应的进行不需要外源还原剂，表明伴随中间体x氧化，失去的电子可以用于[4Fe-4S]的还原再生+1价的[4Fe-4S]簇，从而用于下一步SAM的断裂。同时，作者也对ArsS催化的底物选择性，动力学特征、进化多样性等方面进行了详细的研究。
       这一研究成果以“Characterization and Mechanistic Study of the Radical SAM Enzyme ArsS Involved in Arsenosugar Biosynthesis”为题在线发表于《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）。复旦大学张琪课题组博士研究生程金铎为论文第一作者。该研究工作得到国家自然科学基金委项目及国家重点研发项目的支持。
       全文链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202015177


        文章来源：复旦大学
        张琪，理学博士，博士生导师，复旦大学化学系教授。2003年毕业于复旦大学化学系，获理学学士学位；2010年毕业于中科院上海有机化学研究所，获理学博士学位。2011年至2014年在美国伊利诺伊大学香槟分校开展博士后研究，2014年获得中组部资助，回到复旦大学化学系独立开展工作。主要研究兴趣涉及新型抗生素的发现、生物合成及作用机制研究。自2014年独立工作至今，以通讯作者在PNAS、Nat. Commmun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed. 等国内外著名学术刊物发表论文二十余篇，相关研究成果被美国化学化工新闻周刊C&E News等媒体予以专文报导，并被Science、Faculty of 1000、Nat．Prod. Rep.、Curr. Opin. Biotech.等多个杂志予以亮点评述。曾获得包括国际化学生物学会青年化学生物学家奖 (2107)、化学结构学会奖 (2016) 等多个国际性奖项，目前担任《Frontiers in Chemistry》杂志副主编。