大家好，今天推荐的是一篇发表于NatureChemistry上研究设计酶优化机理的文章。通讯作者是来自英国布里斯托大学的生物化学系的H.AdrianBunzel博士，他所在的Andersonlab一直致力于研究酶的设计改造，另一位通讯作者AdrianJMulholland来自同一所学校的计算化学系，一直从事酶的建模计算工作，两个组之前也进行过很多合作。
在年的一篇JACS文章中他们报道了对人工设计酶的定向进化中，比热的负激活现象，而本文对这一现象的分子机制进行了深入研究。许多天然酶的非阿伦尼乌斯行为表明，热容的激活是酶热适应的一个关键因素。然而它的物理起源以及与催化活性演变的关系仍不明确。Kemp消去反应是经典的模式反应，并被人工设计出可以温和催化该反应的denovo酶。本文作者通过对其中1A53-2的多轮定向进化，得到了活性提高4个数量级的新酶1A53-2.5。它仅在第一壳层残基中引入6个突变，并得到了与过渡态更好的互补结构以及占位突变。意外的是，这个酶的活性-温度曲线不符合经典的阿伦尼乌斯线性关系。
本文作者证明，计算设计的Kemp酶的定向进化重塑了蛋白质动力学，这导致了原始设计中所缺少的热容激活。这些变化支持了过渡态的稳定。细致的分子动力学模拟表明，进化导致溶剂暴露的loop关闭以及活性中心更好的堆积。值得注意的是，这些突变产生了一个相互关联的动力学网络，牵涉到过渡态和大部分蛋白质。这个网络使得过渡态系综更加紧凑，从而导致负的激活热容并破坏了活性-温度的线性依赖关系。
本研究结果对理解酶的进化具有重要意义，并表明通过设计和进化，有选择性地挑选过渡态系综的构象动力学可能会加速新酶的产生。
本文作者：LY
责任编辑：GuoZH
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