1、青霉素酰化酶
中国科学院大学生命科学学院 姓名：李伟 学号：201328011042029 编号：35
青霉素酰化酶的活性部位分析
青霉素酰化酶是一种酰化键水解酶，其系统名是青霉素氨基水解酶，一般沿用习惯名，如青霉素酰化酶、青霉素氨基/酰基转移酶。从活体中刚提取出的青霉素G酰化酶是一条无活性的前体蛋白，包括信号肽、α亚基、连接肽和β亚基，经过后加工处理，去除信号肽和连接肽，得到有活性的蛋白酶PGA。该酶由α，β两个亚基组成：两亚基通过氢键作用结合在一起。单独的α和β亚基均不具有酶活性，只有当两者以适当的形式结合后才具有活性。分子量20~23kDa的α亚基含有侧链结合的位点
2、它的168~191位的氨基酸残基与青霉素G的侧链相结合，决定酶的底物专一性；分子量65~90kDa的β亚基的N端Ser作为活性中心，含有催化位点以及与催化有关的残基。
PGA是一种N端水解酶。这种酶都有共同的结构特征，它们都包含有两层β片，中间夹着α螺旋链[1]（图1）。在催化底物的合成和水解反应中它们通常作为亲核体存在，催化裂解多肽产生一个α链和一个β链，且具有自身催化活性，所产生的β链的N端残基通常是丝氨酸、苏氨酸或者半胱氨酸[2]（图2）。
图1 来自大肠杆菌的青霉素酰化酶（PGA）的结构
图2 催化裂解的α链和β链
青霉素酰化酶的催化机理
PGA催化水解青霉素G时，
3、亲核的丝氨酸攻击母核6-氨基青霉烷酸（6-Aminopenicillinic acid,以下简称6-APA）和苯乙酸侧链之间的酰胺键羰基碳原子，生成6-APA并且形成一种酰化酶。然后酰化酶被水解，生成苯乙酸和一个新的活化位点（图3）。对苯乙酰侧链以及涉及到对羟基苯甘氨酸降解的基因编码酶定位的研究表明，PGA能使苯乙酰混合物发生转化[3]。研究显示，三维立体状的酶对苯乙酰及其衍生物有明确的结合位点，同时该酶也能结合其他的化合物，因为它能对相关侧链移动尤其是aArg145和aPhe146构象发生转变起到作用。亲核的丝氨酸水化后，进攻多肽链的羰基碳，形成含有氧负离子的四面体过渡态。此过渡态是由βN2
4、41的ND1形成的氢键和βA69的酰胺骨架所稳定。在过渡态结束后，产生氨基酶中间体和产物H2NR2。然后，水解或者亲核试剂进攻共价的中间体，相应地产生酸或者是缩合产物[4]（图4）。PGA也能用来在苄基内酰胺环上连接侧链，生成一种新的衍生物。该过程中，酶首先被该酰基侧链的酯或氨酰基化，然后被苄基内酰胺氨解，产生一个新的半合成抗生素。酰化酶也能与一个水分子反应而发生水解，同样抗生素产品也能被酰化酶水解，因此，目前很多研究都致力于降低这些水解反应来提高抗生素产量。
图3 青霉素酰化酶催化的反应
R1=
图4 青霉素酰化酶的催化机理
参考文献
[1] Thomas RM
5、 Barends H Y, Bauke W D, Three-dimensional structures of enzymes useful for β-lactam antibiotic production, Current Opinion in Biotechnology 2004,15:356~363
[2] Duggleby H J, Tolley S P, Hill C P, et al, Penicillin acylase has a single-amino-acid catalytic center, Nature 1995,373:264~268
[3] Done
6、 S H, Brannigan J A, Moody PCE, et al, Ligand-induced conformational change in penicillin acylase, J Mol Biol 1998,284:463~475
[4] Wynand B.L.Alkema, Charles M.H.Hensgens, et al, Characterization of the β-lactam binding site of penicillin acylase of Escherichia coli by structural and site-directed mutagenesis studies,Protein Engineering 2000,13:857~863
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