磷酸盐在各种生物体起着许多不可缺少的生物化学功能。许多酶只能作用于磷酸化的底物，而无法与非磷酸化底物作用。通常，磷酸基团并不直接的参与催化反应，而是起到识别底物和底物与酶之间的结合。此外，人们发现多种酶利用磷酸阴离子的结合能来活化酶。但是，底物的磷酸基团在酶催化的其他阶段（如中间稳定或不稳定）起到的作用尚未被研究。

转酮酶（TK）参与核酸和芳香族氨基酸的生物合成，是磷酸戊糖途径中的关键酶，作用于磷酸酮糖和磷酸醛糖底物。先前的相关研究中，人们通过研究TK与非天然非磷酸化糖的关系，揭示了底物中的磷酸基团作为结合在酶上的锚定作用。有鉴于此，上海交通大学戴少波、哥廷根大学Kai Tittmann等验证磷酸基团起到的多种催化功能。

本文要点

（1）

首先，磷酸基团通过反应物状态的不稳定促进形成结构扭曲的能量较高的底物ThDP缀合物，这对转酮症酸酶催化反应至关重要。随后，磷酸基团能够避免Breslow烯胺中间体在酶催化位点累积，因此阻碍质子化或氧化等副反应产物，这实现了一种门控的受体交换机理。此外，外来的亚磷酸盐阴离子能够发生多重折叠方式进行结合，从而能够增强在非磷酸化底物的反应性。

（2）

这项研究阐明了底物的磷酸基团在转酮酶催化中的多种未曾被认识的作用，为Westheimer在1987年提出的“为什么大自然选择磷酸盐”的问题提供可靠的答案。

参考文献

Zhiyong Liu, Chengliang Xiao, Shuangjun Lin, Kai Tittmann*, and Shaobo Dai*, Multifaceted Role of the Substrate Phosphate Group in Transketolase Catalysis, ACS Catal. 2024, 14, 355–365

DOI: 10.1021/acscatal.3c04543

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.3c04543