分享一篇发表在Nature Chemical Biology上的文章The β-subunit of tryptophan synthase is a latent tyrosine synthase，通讯作者是来自加州理工学院的Frances H. Arnold教授，她是2018年诺贝尔化学奖得主，开创了酶的定向进化领域。
芳香族氨基酸(aroAAs)是所有生命蛋白质和次生代谢物的基本组成部分，aroAA的从头生物合成依赖于一组保守的化学反应，将一种芳香族前体分支酸(Chorismate)转化为Phe、Tyr和Trp，这种途径是目前已知体内或体外酶活性库中唯一可能的途径。磷酸吡哆醛(PLP)依赖性酪氨酸苯酚裂解酶(TPL)和色氨酸酶(Trpase)已被证明能够从苯酚或吲哚和丙酮酸铵合成Tyr/Trp，尽管TPL已在工业上获得了很大应用，但TPL和Trpase不是“合酶”，且在热力学上不利。本文中，作者认为色氨酸合酶的β亚基通过催化吲哚的Friedel-Crafts(傅-克)烷基化完成所有已知Trp生物合成的最后一步，有可能设计出一种类似TrpB的“酪氨酸合酶”TyrS，该酶催化酚类的傅-克烷基化反应并能避免TPL的降解活性，因为TrpB的反应途径生成稳定的氨基丙烯酸酯中间体，从而在热力学上有利。直接使用苯酚作为TrpB及其变体的底物时，无法检测到任何氨基酸产物的生成。因此，作者使用一种“底物行走”的策略，寻找从吲哚到苯酚的进化垫脚石。作者首先使用1-萘酚作为富电子苯酚类似物，发现能够在对位形成C-C键；且将活性位点E105突变为Gly能够增加对1-萘酚的活性。受此鼓舞，作者继续使用“底物行走”策略，经由2-取代苯酚逐步进化至苯酚底物，最后定向进化得到的TmTyrS6能够以>99.5%的对映选择性和区域选择性合成Tyr。作者随后解析了TyrS的结构，结合理论计算揭示了活性位点配位水分子能够介导与底物官能团的静电相互作用，从而实现催化反应。最后，作者还使用TyrS进化过程中的变体，以克为量级实现了Tyr和其他非天然芳香族氨基酸的生物合成，如3-甲基-Tyr。总之，本文作者通过定向进化改造色氨酸合酶TrpB，得到了酪氨酸合酶TyrS，并揭示了进化过程和催化反应的机理。原文链接：https://www.nature.com/articles/s41589-024-01619-z文章引用：DOI：10.1038/s41589-024-01619-z
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