本站讯（药学院供稿）近日，天津大学药学院张雁教授团队在ACS Catalysis发表了题为“Glycyl Radical Enzymes Catalyzing the Dehydration of Two Isomers ofN-Methyl-4-hydroxyproline”的研究论文。该论文报道了属于GRE家族的两个新脱水酶，这两个GRE（论文中命名为HpyG和HpzG）分别催化互为对映体的顺式-L-氮甲基羟脯氨酸和顺式-D-氮甲基羟脯氨酸的脱水反应。

在Radical SAM家族的激活酶催化下，GRE在多肽链上形成稳定的甘氨酸自由基，并利用自由基催化不同的化学反应。近年来，张雁团队发现厌氧菌中多个新GREs，分别在氨基酸、碳水化合物和能量代谢中起到关键作用，刷新了人们对微生物多样性以及生命基础物质初级代谢的认识。尤为重要的是，人体很多肠道菌为厌氧菌，其GREs参与的代谢途径产生致病因子，在血液中积累，从而影响人类健康。此前发现的GREs底物均为自然界含量丰富的基础物质，此次报道的新GRE底物也不例外：羟脯氨酸及其异构体是动物胶原蛋白和植物细胞壁糖蛋白的关键组成部分，在自然界中广泛分布。其衍生物N,N-二甲基羟脯氨酸（羟脯氨酸甜菜碱），在包括植物和细菌等很多细胞生物中维持渗透势，因此含量也极为丰富。

本研究利用生物信息学、生物化学、结构生物学和计算化学多学科手段，发现并验证了HpyG和HpzG参与的羟脯氨酸甜菜碱去甲基化产生的N-甲基羟脯氨酸的降解途径（图1）。通过晶体结构和量子化学计算研究，张雁团队提出了HpyG和HpzG分别催化顺式-L-氮甲基羟脯氨酸和顺式-D-氮甲基羟脯氨酸的反应机理（图2）：其依赖保守的Cys435硫自由基从底物的C5位夺取H原子，产生底物自由基；通过Glu162或Glu437对离去基团OH的质子化，进而促进C?O断裂实现催化。HpyG和HpzG的发现再次展示了GRE家族酶在微生物基础代谢和多样性中的作用。

图1.厌氧菌氮甲基羟脯氨酸降解新通路

图2. HpyG和HpzG自由基介导的催化机理及反应势能图

a-b) HpyG和HpzG的催化机理图; c-d) HpyG和HpzG催化反应的势能图（kcal/mol）

论文的第一作者为天津大学药学院博士研究生蒋莉，共同第一作者为华中科技大学化学中国竞彩网硕士研究生杨怡倩。论文通讯作者张雁是天津大学讲席教授、新基石研究员，新加坡科技研究局的Yifeng Wei博士和华中科技大学化学中国竞彩网廖荣臻教授为共同通讯作者。本研究得到了“国家自然科学杰出青年基金（32125002）”和“国家重点研发计划项目（2020YFA0907900）”的支持。

（编辑 张华 梅羽彤）