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中国科学院上海有机化学研究所周佳海课题组与华东理工大学许建和课题组合作，在环氧水解酶的结构解析与功能改造研究中取得重要进展，相关成果于2014年10月20日在线发表于国际知名期刊《美国科学院院刊》 (Proc. Natl. Acad. Sci. USA)。
环氧水解酶催化环氧化物的立体选择性水解，得到光学纯产物可用于手性药物的制备。天然来源的环氧水解酶不具备在药物合成中的广谱性，特别是对一些大位阻底物只有很低的催化活性和立体选择性。传统的蛋白质工程改造研究基本都集中在底物进入通道以及酶催化活性中心区域上。在本研究中，研究人员首先解析了来源于巨大芽孢杆菌的环氧水解酶BmEH的母体及其与底物类似物复合物的高分辨率晶体结构，然后从结构信息和酶动力学数据出发推测该环氧水解酶存在独立的产物释放通道，与现已报道的环氧水解酶结构有显著差别。该观点得到了蛋白质质谱、突变体三维结构、分子动力学模拟等实验结果的证实，揭示了酶的活性中心与产物释放通道之间的区域是影响催化活性的瓶颈位置。针对新发现关键位点的定点突变可大幅提高酶对大位阻底物的催化活性和立体选择性，其中对心血管药物分子普洛奈尔手性前体的拆分效率提高达100倍。在此基础上对这些位点进行饱和突变可以量身定制出不对称合成其他心血管药物β-阻断剂药物前体的环氧水解酶突变体库(Angew Chem Int Ed 2014, 53: 6641–6644)，有关工作被SynFact (2014, 10(8): 0886)作为亮点报道。
该项工作首次发现了环氧水解酶催化过程中产物的释放效率直接影响不同底物整体反应的快慢，创新性地提出了针对产物释放限制进行酶分子改造的新策略。研究成果凸显了酶的结构解析和理性设计在蛋白质工程领域的应用价值，展现了生物催化剂工程的巨大潜力。该研究由博士生孔旭东担纲完成，得到了国家重点基础研究发展计划（“973”计划）和国家自然科学基金的支持。
原文检索：Xu-Dong Kong, Shuguang Yuan, Lin Li, She Chen, Jian-He Xu, Jiahai Zhou. Engineering of an epoxide hydrolase for efficient bioresolution of bulky pharmaco substrates. PNAS, October 20, 2014, doi: 10.1073/pnas.1404915111
