微生物次生代谢产物聚酮类化合物在医学临床上常见为抗生素、抗真菌药物、免疫抑制剂和抗癌药物。由于该类生物合成产物所具有的极其重要药用价值，聚酮合酶体系（PKS）自发现以来备受关注，该合成酶系中硫酯酶决定了聚酮母体的释放及化学结构。

4月13日，美国化学会期刊ACS Catalysis在线发表了我室赵一雷教授研究团队的研究论文“Theoretical Studies on the Catalytic Mechanism and Substrate Diversity for Macrocyclization of Pikromycin Thioesterase”（DIO：10.1021/acscatal.8b01156），石婷副研究员为第一作者。通过与白林泉教授合作，该团队继2016年揭示红霉素DEBS硫酯酶催化聚酮链环化反应的机制之后，针对苦霉素硫酯酶的底物特异性展开了深入研究。

该项工作构建了苦霉素pikromycin的两种天然底物（12元环10-deoxymethynolide（1）和14元环narbonolide（2））对应的研究体系（PIK-TE-1 和PIK-TE-2），运用分子动力学模拟（MD）、量子力学与分子力学联用的QM/MM方法，分析了两种底物形成“预反应态（PRS，prereaction state）”的难易程度，发现PIK-TE-1体系相比于PIK-TE-2体系更容易形成稳定的预反应态。而且预反应态的结构特征分析表明，氢键和疏水作用在底物识别和产物释放过程发挥了重要作用。此外，通过反应势能面的计算发现，PIK-TE-1体系环化过程中底物末端羟基从re面亲核进攻的环化反应能垒为16.3 kcal/mol，比从si面进攻的能垒要低3.6 kcal/mol，而相比于PIK-TE-2体系的re面进攻的反应能垒低4.1 kcal/mol，这与实验结果相符。

该论文不仅再次验证了该课题组提出的“预反应态模型（PRS model）”在微生物代谢酶分子机制研究中的广泛适用性，也加深了我们对硫酯酶底物特异性的理解，为后续蛋白质工程提供了理论基础

图一、苦霉素催化环化反应的底物特异性分析 （上图为两种底物分子的催化环化反应势能面，下图为两种底物分子的预反应态的3D结构示意图）