1,10/1,11-Cyclization catalyzed by diverged plant sesquiterpene synthases is dependent on a single residue

化学 ATP合酶 立体化学 倍半萜 残留物(化学) 催化作用 酶 生物合成 萜烯 生物化学 戒指(化学)
作者
Jinquan Huang,Dongmei Li,Jianxu Li,Jia‐Ling Lin,Xiu Tian,Ling-Jian Wang,Xiao‐Ya Chen,Xin Fang
出处
期刊:Organic and Biomolecular Chemistry [Royal Society of Chemistry]
卷期号:19 (30): 6650-6656 被引量:10
标识
DOI:10.1039/d1ob00827g
摘要

The exquisite chemodiversity of terpenoids is the product of the large diverse terpene synthase (TPS) superfamily. Here, by using structural and phylogenetic analyses and site-directed mutagenesis, we identified a residue (Cys440 in Nicotiana tabacum 5-epi-aristolochene synthase) proximal to an ion-binding motif common to all TPSs and named the preNSE/DTE residue, which determines the product specificity of sesquiterpene synthases from different plant species. In sesquiterpene synthases catalyzing 1,10-cyclization (1,10-cyclases) of farnesyl diphosphate, mutation of the residue in both specific and promiscuous 1,10-cyclases from different lineages leads to the accumulation of monocyclic germacrene A-11-ol, which is "short-circuited" from complex cyclization cascades, suggesting a key role of this residue in generating the first common intermediate of 1,10-cyclization. Altering this residue in a specific 1,11-cyclase results in alternative 1,10-cyclization products. Moreover, the preNSE/DTE residue can be harnessed to engineer highly specific sesquiterpene synthases for an improved proportion of high-value terpenoids, such as patchoulol, a main constituent of several traditional Chinese medicines that could treat SARS-CoV-2.

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