Mechanisms of unusual enzymes in the biosynthesis of a copper-containing antibiotic
含铜抗生素生物合成中异常酶的机制
基本信息
- 批准号:10830540
- 负责人:
- 金额:$ 0.73万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-09-20 至 2026-08-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AnabolismAntibioticsCarbonChemistryCopperDecarboxylationEngineeringEnzyme KineticsEnzymesEquilibriumExcisionExhibitsFamilyHemeIndustrializationInfectionInvestigationIronLyaseMetal Ion BindingMicrobeMulti-Drug ResistanceN hydroxylationNosocomial InfectionsOxygenasesPathway interactionsPharmacologic SubstanceProductionPseudomonas aeruginosaReactionSpectrum AnalysisSulfurSynthesis ChemistryTestingadenylosuccinate lyaseenzyme mechanismfluopsinnovelpathogenpathogenic bacteriasmall moleculestructural biologytool
项目摘要
Abstract
Enzymes are powerful biocatalysts that may be repurposed for efficient and sustainable synthesis
of industrial and pharmaceutical compounds. Identifying novel enzyme-catalyzed reactions and
understanding their catalytic mechanisms is essential for expanding the biocatalytic toolbox. We
have recently discovered a unique copper-containing antibiotic, fluopsin C, which is produced by
Pseudomonas aeruginosa, a leading cause of multidrug-resistant nosocomial infections. By
studying how P. aeruginosa makes fluopsin C, we identified an unusual biosynthetic pathway that
involves novel enzyme chemistry. For instance, two iron-dependent enzymes of a new heme-
oxygenase-like enzyme family catalyze a carbon excision and an oxidative decarboxylation and
N-hydroxylation respectively. Two lyases of the adenylosuccinate lyase enzyme family exhibit
novel activities of making and breaking carbon-sulfur bonds respectively. The chemistries we
identified have expanded the catalytic capabilities of these enzyme families. We hypothesize that
the fluopsin C biosynthetic enzymes use novel catalytic mechanisms and can be repurposed or
engineered to generate new molecules. To test this hypothesis, we will use a combination of
enzyme kinetics, structural biology, spectroscopy, and synthetic chemistry tools, with a focus on
three enzymes in fluopsin C biosynthesis. Studies of these distinct enzymes will advance the
fundamental understanding of how their respective enzyme family catalyzes diverse chemistry.
Defining the mechanisms and substrate scope of the enzymes will allow them to be further
explored for biocatalytic use.
抽象的
酶是强大的生物催化剂,可以重新使用以高效且可持续的综合
工业和药物化合物。识别新型酶催化反应和
了解它们的催化机制对于扩展生物催化工具箱至关重要。我们
最近发现了一种独特的含铜的抗生素荧光素C,由
铜绿假单胞菌,这是多药耐药性医院感染的主要原因。经过
研究铜绿假单胞菌如何制作荧光素C,我们确定了一种不寻常的生物合成途径
涉及新型酶化学。例如,新的血红素的两个铁依赖性酶
氧合酶样酶家族催化碳切除和氧化脱羧和
N-羟基化。腺苷糖酸酯裂解酶家族的两个裂解酶表现出
分别建立和破坏碳硫键的新活动。我们的化学条件
确定的已经扩大了这些酶家族的催化能力。我们假设这一点
荧光素C生物合成酶使用新型的催化机制,可以重新使用或
设计为生成新分子。为了检验这一假设,我们将使用
酶动力学,结构生物学,光谱和合成化学工具,重点是
荧光素C生物合成中的三种酶。对这些不同酶的研究将推进
对各自的酶家族如何催化多样化的化学反应的基本了解。
定义酶的机制和底物范围将使它们进一步
探索用于生物催化的使用。
项目成果
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