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英國《生物化學(xué)雜志》（Biochemical Journal）分別于2008年10月和2009年6月發(fā)表了中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院生物化學(xué)與細(xì)胞研究所丁建平研究員課題組和植物生理生態(tài)研究所趙國屏研究員課題組的二項(xiàng)合作研究成果，該研究揭示了病原微生物問號鉤端螺旋體（Leptospira interrogans）中一條特殊的亮氨酸合成途徑關(guān)鍵酶——α-甲基蘋果酸合酶（citramalate synthase，CMS）的催化反應(yīng)與反饋抑制的分子機(jī)制。
問號鉤端螺旋體能引起一種在世界各地都廣泛流行的人畜共患病——鉤端螺旋體?。↙eptospirosis）。在我國，“賴型問號鉤端螺旋體”（L. interrogans Serotype lai）曾引起鉤端螺旋體病的多次大流行，病人有高熱、淋巴結(jié)腫大、咯血等癥狀，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致患者因肺部大面積溶血而死亡。前人研究表明，鉤端螺旋體體內(nèi)有一種不同于絕大多數(shù)微生物的異亮氨酸生物合成途徑——丙酮酸途徑，關(guān)鍵酶CMS催化了該合成途徑的第一步反應(yīng)——丙酮酸與乙酰輔酶A的縮合。由于異亮氨酸屬于人體不能合成的必需氨基酸，所以該途徑可以成為研發(fā)針對問號鉤端螺旋體的抗生素藥物的作用靶標(biāo)。另外，對它的結(jié)構(gòu)解析可以為研究歷史悠久、卻仍未被完全理解的反饋抑制的變構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)制提供更多的結(jié)構(gòu)信息。
丁建平和趙國屏課題組合作，運(yùn)用結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物化學(xué)的方法分別研究了CMS的催化結(jié)構(gòu)域與其底物丙酮酸、乙酰輔酶A、金屬輔基的四元復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，和CMS的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域與反饋抑制劑異亮氨酸的復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，以及全酶與這些配體相互結(jié)合的動力學(xué)性質(zhì)。研究結(jié)果表明CMS的催化反應(yīng)為羥醛縮合反應(yīng)，其結(jié)合底物側(cè)鏈的疏水口袋大小決定了酶對底物的高度專一性。抑制劑分子的側(cè)鏈與周圍氨基酸殘基形成的疏水空間相契合，保證了抑制劑結(jié)合的特異性。抑制劑的結(jié)合可能導(dǎo)致調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域的二聚體接觸面發(fā)生構(gòu)象變化，并通過連接區(qū)誘導(dǎo)催化結(jié)構(gòu)域的二聚體接觸面和活性中心發(fā)生構(gòu)象變化，從而影響底物和輔酶的結(jié)合，最終導(dǎo)致抑制的發(fā)生。這些研究結(jié)果不僅揭示了CMS的催化機(jī)理、底物識別和反饋抑制機(jī)制的分子基礎(chǔ)，同時(shí)為以CMS為靶標(biāo)的抗生素藥物的設(shè)計(jì)提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
該項(xiàng)研究工作得到了國家科技部、基金委 、中國科學(xué)院和上海市科委的經(jīng)費(fèi)支持
