近日，微生物代谢全国重点实验室邓子新院士团队汪志军课题组在《Nature Synthesis》发表题为“Analysis of heterocycle formation and stereochemical control by a nonribosomal peptide synthetase condensation domain”的研究论文。上海交通大学曹卫博士、王嘉良博士和硕士生陈学乐为该论文共同第一作者，汪志军研究员为通讯作者，本室为第一单位。

非核糖体肽合成酶（NRPS）是自然界合成生物活性天然产物的巨型分子机器。长期以来，铜绿假单胞菌铁载体Pyoverdine骨架中核心的六元四氢嘧啶环究竟如何形成，一直是生物合成领域的未解之谜。该研究不仅破解了这一关键难题，更深刻揭示了酶促反应中一种精妙的进化策略——“牺牲催化效率，换取反应保真度”。

图1. 铜绿假单胞菌Pyoverdine的生物合成途径

1，狭窄通道进化的“取舍”智慧：

研究人员通过体外生化重构证实，四氢嘧啶环是由PvdL-C₃结构域催化形成的。在机理探索中，他们发现了一个有趣的现象--效率与保真度的博弈：当尝试将催化通道内的大体积残基突变为丙氨酸以扩大通道体积时，虽然底物缩合的总效率提升，但线性副产物的比例也随之剧增。结论：PvdL-C₃结构域在进化过程中选择了一个更为狭窄的催化通道，虽然牺牲了部分反应速度，但确保了六元环化的高保真度。

图2. PvdL-C₃催化四氢嘧啶环形成的体外验证、突变分析与催化机理模型

2，定义全新结构域C_cDab ：

基于系统发育分析，研究人员将这类进化自^DC_L家族、具备催化六元杂环形成功能的结构域，正式定义为一种全新的环化型缩合结构域--C_cDab。这一发现刷新了学术界对传统C结构域催化模式的认知，证实其在肽键缩合外，还具备驱动复杂六元杂环生成的独特潜力。

3，化学手性检查点与工程化重构：

在立体化学控制方面，研究人员锁定了由关键残基R3393及其周围残基构成的狭窄通道，其如同一个严苛的“手性检查点”。该位点特异性识别并仅允许D型底物进入。通过对该位点的突变，研究人员成功打破了固有手性限制，使酶能够高效接受L型底物。这一成果为未来工程化合成含非经典立体化学的多肽产物提供了直接的结构蓝图。

图3. PvdL-C₃手性控制的关键残基及其立体选择性改变的结构基础

4，刚柔并济的分子机器动态构象：

利用高分辨冷冻电镜技术，研究人员捕获了PvdL跨模块巨型复合物在不同催化状态下的多种构象。研究发现，COM结构域构建了一个稳固的E-C催化平台，对于维持产量至关重要；而三维变异分析（3DVA）显示，E₂结构域相对于C₃结构域存在约20°的振荡运动，揭示了C₃结构域“开-闭”构象切换与底物PCP结合的精密协同逻辑。

图4. PvdL跨模块的冷冻电镜结构揭示稳定的E-C催化平台及其构象状态

该研究不仅阐明了复杂六元杂环形成的酶促机理，更通过对“进化折中”逻辑的深度解析，为理解NRPS这一复杂分子机器的运作规律提供了全新的视角。

研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金、上海市“超级博士后”激励计划以及上海市基础研究特区计划（上海交通大学）等多项资助。感谢国家蛋白质科学中心（上海）及上海交通大学超算中心在数据采集与计算方面的支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s44160-026-01014-7