【催化】分道扬镳：NosL神奇的催化多样性

酶作为一类生物催化剂，支配着生命中的每一个重要过程。长期的自然选择和进化使得这类生物催化剂通常具有高效的反应性和高度的特异性，以保证生命过程的顺利进行。然而对于某些特殊酶，由于其处于进化的初期，亦或相关途径的自然选择压力较小，这些酶具有一定的底物容忍力(substrate tolerance)或催化多功能型(catalytic promiscuity)。最近，复旦大学化学系张琪课题组在对S-腺苷甲硫氨酸自由基酶NosL的机制研究中发现，NosL可以将同一个底物分配到两条不同的反应途径中获得不同的产物，揭示了该酶神奇的反应多样性。

S-腺苷甲硫氨酸自由基酶是一大类含有特征四铁四硫簇并依赖于S-腺苷甲硫氨酸（SAM）完成催化的酶。这类家族酶利用四铁四硫簇对SAM进行还原，生成一个高活性的脱氧腺苷(dAdo)自由基，从而引发种类繁多的生物转化反应。在此前的工作中，张琪课题组利用一个苯并呋喃类似物(ABPA)作为探针，证明了反应引发过程中攫氢位点并揭示了NosL催化活性的可调节性(Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 9021)。在新的工作中，作者进而利用另一底物类似物(MIPA)作为探针，结合一系列同位素标记试验，证实了dAdo自由基直接从底物而并非蛋白残基上攫氢，揭示了催化过程中的自由基引发机制。

非常意外的是，作者在研究中，发现NosL可以同时攫取MIPA中两个不同位点的氢原子，使底物在同一酶活性口袋中“分道扬镳”，最终转化为不同的产物。该结果证明MIPA在酶的活性中心中具有较为松弛和多变的构象。这一发现大大扩展了人们对于催化多样性的认识，对于酶的功能进化和定向改造研究具有重要的意义。

这一研究成果发表于《Angew. Chem. Int. Ed.》(doi:10.1002/anie.201509900)。本研究受自然科学基金和青年千人计划项目资助。

http://onlinelibrary.wiley.com/resolve/doi?DOI=10.1002%2Fanie.201509900

原文标题：Mechanistic Insights into the Radical S-adenosyl-l-methionine Enzyme NosL From a Substrate Analogue and the Shunt Products