砷是一類常見的非金屬元素，重要的化合物例如砒霜（三氧化二砷）、雄黃（四硫化四砷）相信大家都耳熟能詳。這類無機砷化合物在人類歷史中扮演了重要的角色，在現(xiàn)代醫(yī)學中仍有一席之地。除無機砷類化合物之外，自然界中砷還以砷糖（arsenosugar）等有機砷形式存在。目前發(fā)現(xiàn)的砷糖已經有超過20多種，這類化合物被視為是砷甜菜堿、砷糖磷脂等多類有機砷的前體。由于砷糖的毒性非常低，砷糖的合成過程也通常被認為是生物對砷的一種解毒策略。 圖1 砷糖可能的生物合成路徑 近日，復旦大學的張琪課題組報道了砷糖生物合成中關鍵酶ArsS的催化活性及反應機制研究。作者通過嚴格的生化實驗，證實ArsS催化二甲基亞砷酸（DMAsIII）的腺苷化，生成二甲基砷腺苷（DDMAA），后者的腺苷部分來源與S-腺苷甲硫氨酸。作者進而通過一系列研究揭示了該酶的催化機理。 圖2 ArsS的催化機制 ArsS催化的反應機制如圖2所示。在酶中心[4Fe-4S]簇還原作用下，SAM轉化為甲硫氨酸（L-Met）和5-脫氧自由基（dAdo?）。5-脫氧自由基進攻DMAsIII的As中心，生成自由基中間體x，后者通過單電子氧化生成DDMAA。作者通過一系列嚴格的生化實驗證實，該反應的進行不需要外源還原劑，表明伴隨中間體x氧化，失去的電子可以用于[4Fe-4S]的還原再生+1價的[4Fe-4S]簇，從而用于下一步SAM的斷裂。同時，作者也對ArsS催化的底物選擇性，動力學特征、進化多樣性等方面進行了詳細的研究。 這一研究成果以“Characterization and Mechanistic Study of the Radical SAM Enzyme ArsS Involved in Arsenosugar Biosynthesis”為題在線發(fā)表于《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed.）。復旦大學張琪課題組博士研究生程金鐸為論文第一作者。該研究工作得到國家自然科學基金委項目及國家重點研發(fā)項目的支持。 張琪，復旦大學化學系教授，博士生導師。主要研究興趣涉及新型抗生素的發(fā)現(xiàn)、生物合成及作用機制研究。自2014年獨立工作至今，以通訊作者身份在PNAS、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed. 等國內外著名學術刊物發(fā)表論文四十余篇，相關研究成果被美國化學化工新聞周刊C&ENews等媒體予以專文報導，并被Science、Faculty of 1000、Nat. Prod. Rep.、Curr. Opin. Biotech. 等多個雜志予以亮點評述。曾獲得包括國際化學生物學會青年化學生物學家獎(2107)、化學結構學會獎(2016) 等多個國際性獎項。目前擔任《Frontiers in Chemistry》和《Frontiers in Molecular Bioscience》雜志副主編和《Journal of Chinese Chemistry》青年編委。
