テルペン合成酵素における生成物分布の酵素的制御：マルチスケールシミュレーションからの知見

Enzymatic control of product distribution in terpene synthases: insights from multiscale simulations.

• Keren Raz
• Shani Levi
• Prashant Kumar Gupta
• Dan Thomas Major

抄録

本論文では、マルチスケールシミュレーションを用いたテルペン生合成に関する最近の研究成果を、特に当グループの貢献に焦点を当ててレビューする。テルペン合成酵素は、高度に特異的な環形成、プロトン、水素化物、メチル、メチレンの移動、反応の消光など、豊富なカルボカチオン化学を用いてテルペンを生成します。これらの酵素では、主な触媒的課題は速度向上ではなく、むしろ本質的に反応性の高いカルボカチオンとその結果として生じる生成物の分布を制御することである。ここでは、選択されたモノ、セスキ、およびジテルペン合成酵素のマルチスケールシミュレーションをレビューする。テルペン合成酵素が採用している多くのツールは、基質の折り畳み、カルボカチオンの形成、カルボカチオン反応環境、反応の消光を正しく達成するためのものであることを指摘している。テルペン合成酵素が採用しているツールボックスの理解が深まれば、天然・非天然のテルペンの新しい酵素的・バイオミメティック合成ルートの探索に役立つことが期待される。

In this opinion, we review some recent work on terpene biosynthesis using multiscale simulation approaches, with special focus on contributions from our group. Terpene synthases generate terpenes employing rich carbocation chemistry, including highly specific ring formations, proton, hydride, methyl, and methylene migrations, followed by reaction quenching. In these enzymes, the main catalytic challenge is not rate enhancement, but rather control of intrinsically reactive carbocations and the resulting product distribution. Herein, we review multiscale simulations of selected mono-, sesqui-, and diterpene synthases. We point to the many tools adopted by terpene synthases to achieve correct substrate fold, carbocation formation, carbocation reaction environment, and reaction quenching. A better understanding of the toolbox employed by terpene synthases is expected to aid in the search for new enzymatic and biomimetic synthetic routes to natural and unnatural terpenes.

Copyright © 2020 Elsevier Ltd. All rights reserved.