农业科学院-高能物理所Nature：甲壳素合成酶的结构表征与反应机理

纳米技术

2022-09-23

甲壳素是自然界中分布最广泛的氨基多糖，甲壳素是一种含有N-乙酰氨基葡萄糖结构的细胞外聚合物GlcNAc（N-acetylglucosamine），甲壳素的生物合成反应中的关键反应的催化剂是甲壳素合成酶（chitin synthase），是一种整合到膜上的糖基转移酶，能够从UDP-GlcNAc将GlcNAc转移到甲壳素的分子链。目前人们对这个反应过程并没有清楚的理解和认识。

有鉴于此，中国农业科学院植物保护研究所杨青、中科院高能物理所龚勇等报道了从强大的大豆根腐病病原卵菌Phytophthora sojae (PsChs1)中通过冷冻电子显微镜表征技术，解析了5个甲壳素合成酶的冷冻电子显微镜结构，分别对应于载脂蛋白（apo）、GlcNAc-结合、甲壳素低聚体结合的初态、UPD-结合（合成后的状态）、甲壳素合成酶的抑制剂烟霉素Z-结合态，通过对甲壳素的生物合成过程、抑制作用进行深入理解，对甲壳素的合成过程进行深入理解。

本文要点：

(1)

研究和表征发现，甲壳素合成的反应区域含有底物结合位点、催化活性中心位点、用于生成的聚合物离去的聚合物转运通道入口。这种现象说明甲壳素生物合成过程包含的连续多个重要过程，包括UDP-GlcNAc结合态、聚合物生长、产物释放。

(2)

研究发现甲壳素传输通道含有一个摇摆回路结构，该结构作为“门禁”阻止底物离去、同时引导产物聚合物分子向产物传输通道转移，从而将产物分子排放到细胞膜的外侧。这项研究工作指明了甲壳素的生物合成过程的多个步骤，揭示了如何设计抑制甲壳素合成。

参考文献

Chen, W., Cao, P., Liu, Y. et al. Structural basis for directional chitin biosynthesis. Nature (2022)

DOI: 10.1038/s41586-022-05244-5

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05244-5