將氨基酸轉化為惡臭化合物的酶

糞臭素(skatole),一種由哺乳動物腸道中的細菌將L-色胺酸(L-tryptophan)轉化而成的惡臭異環化合物,其氣味在低至0.56 ppb的濃度下即可被人類察覺。除了在糞便中,糞臭素也存在於人類唾液和某些植物中,如橙花、茉莉花和甜菜根。在豬隻體內,糞臭素積累在脂肪細胞中會導致豬肉呈現難聞的氣味;在反芻動物中,其在肺部的氧化會引發肺臟毒性;而在人類中,腸道細菌產生的糞臭素不僅是肺毒素,還是潛在的肺部致癌物,並能激活體內的芳香烴受體(一種與毒素代謝相關的蛋白質)。除此之外,糞臭素還可以作為庫蚊(Culex)的產卵信號,這會促進絲蟲病、日本腦炎和西尼羅河熱等蟲媒疾病的傳播。目前已知的糞臭素生物合成途徑,是一個無氧環境下的四步驟酶催化過程:首先將L-色胺酸脫胺形成吲哚丙酮酸,接著脫羧轉化,然後再氧化為吲哚乙酸,最後經過一種特殊的酶(稱為糖基自由基酶)進行脫羧反應,最終形成糞臭素。然而,在有氧環境下的糞臭素合成途徑至今無人報導過。

近日,美國加州大學聖地牙哥分校的研究團隊,發現了一種在有氧條件下的糞臭素合成酶SktA,它能夠單獨將5-溴-L-色胺酸轉化為5-溴糞臭素,無需複雜的多酶過程。SktA來自藍細菌Nostoc punctiforme NIES-2108,它是一種含有雙鐵中心的酶,屬於一類名為heme oxygenase-like domain-containing oxidase(HDO)的酶家族。在該酶轉化的反應中,研究人員透過同位素標記實驗追蹤了色胺酸各個原子的去向,並證實了糞臭素甲基中的碳原子來自色胺酸的C-3位置,而三個氫原子則來自C-3位置的兩個氫和C-2位置的一個氫。研究團隊表示,該研究不僅發現了一種將色胺酸轉化為糞臭素的全新有氧途徑,同時也擴展了HDO酶家族的催化功能範圍。研究團隊會執行這項研究,主要是想研究SktA的酶機制。

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