植物尿苷二磷酸糖基轉(zhuǎn)移酶超家族晶體結(jié)構(gòu)

呂鶴書，薛飛燕，柳春梅，楊明峰，馬蘭青

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植物尿苷二磷酸糖基轉(zhuǎn)移酶超家族晶體結(jié)構(gòu)

呂鶴書，薛飛燕，柳春梅，楊明峰，馬蘭青

北京農(nóng)學(xué)院農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè) (北方) 重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室, 北京 102206

呂鶴書, 薛飛燕, 柳春梅, 等. 植物尿苷二磷酸糖基轉(zhuǎn)移酶超家族晶體結(jié)構(gòu). 生物工程學(xué)報(bào), 2014, 30(6): 838?847.Lü HS, Xue FY, Liu CM, et al.Crystal structures of plant uridine diphosphate-dependent glycosyltransferases. Chin J Biotech, 2014, 30(6): 838?847.

糖基轉(zhuǎn)移酶 (Glycosyltransferases, GTs) 催化的糖基化反應(yīng)幾乎是植物中最為重要的反應(yīng)。GTs家族1中的植物UGTs (UDP-dependent glycosyltransferases) 成員主要運(yùn)用尿苷二磷酸活化的糖作為糖基供體，因其成員眾多、生物功能多樣，僅僅通過序列比較和進(jìn)化分析不能夠精確預(yù)測(cè)其復(fù)雜的底物專一性和特有的催化機(jī)制，需要后續(xù)生化實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步驗(yàn)證。文中主要總結(jié)了目前在蛋白結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù) (Protein Data Bank, PDB) 中報(bào)道的5種植物UGTs的晶體三維結(jié)構(gòu)和定點(diǎn)突變功能研究進(jìn)展。詳細(xì)介紹了植物UGTs整體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及蛋白與底物相互作用的細(xì)節(jié)，為更有效地生化定性UGTs以便深入理解底物專一性提供了有力的工具，從而為植物UGTs在酶工程和基因工程中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

尿苷二磷酸糖基轉(zhuǎn)移酶 (UGT)，晶體結(jié)構(gòu)，底物專一性

糖基化反應(yīng)幾乎是植物中最為重要的反應(yīng)之一。糖基轉(zhuǎn)移酶 (Glycosyltransferases, GTs) 負(fù)責(zé)催化活化的糖基供體的糖基團(tuán)轉(zhuǎn)移到受體分子上。糖基化反應(yīng)會(huì)改變受體分子的穩(wěn)定性、可溶性和糖苷的生物活性，因此在天然產(chǎn)物的生物合成、亞細(xì)胞定位、外來化合物的脫毒、促進(jìn)生物活性物質(zhì)在植物液泡中的儲(chǔ)存等過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

根據(jù)氨基酸序列相似度可將GTs家族劃分為至少92個(gè)超家族。GT家族1中的一些成員在糖基化反應(yīng)中能夠運(yùn)用尿苷二磷酸 (Uridine diphosphate，UDP) 活化的糖作為糖基供體，因此大部分屬于UGTs (UDP-dependent Glycosyltransferases)。植物UGTs的一個(gè)重要特征是在C-端具有一個(gè)高度保守的PSPG (Plant Secondary Product Glycosyltransferase motif) 序列。具有PSPG的植物UGTs是可溶性的酶，區(qū)別于哺乳動(dòng)物的膜結(jié)合蛋白。植物UGTs成員眾多、生物功能復(fù)雜，例如在模式植物擬南芥已發(fā)現(xiàn)了超過120種編碼UGT的基因。

植物UGTs底物專一性體現(xiàn)在糖基供體分子和受體底物分子的專一性兩個(gè)方面。除了最常見的糖基供體UDP-葡萄糖以外，其他多種糖也能被植物UGTs所使用，其中包括UDP-半乳糖、UDP-鼠李糖、UDP-甘露糖和UDP-葡萄糖醛酸等。大多數(shù)UGTs通常對(duì)于糖基供體專一性要求嚴(yán)格，但也有植物UGTs可以利用多種UDP-糖，而且以一種糖的活性為主。針對(duì)受體分子專一性有人提出了區(qū)域選擇性(Regioselective) 的觀點(diǎn)。專一性較廣泛的UGT可以催化在結(jié)構(gòu)上差別很大的不同種受體分子。但這些受體位點(diǎn)的差別從區(qū)域選擇性的角度上被認(rèn)為是具有相似的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，有的研究認(rèn)為整個(gè)受體分子的結(jié)構(gòu)同樣重要，受體分子待糖基化的位點(diǎn)本身的差異不足以確保正確的酶催化底物專一性。

確定UGTs底物專一性定性是一個(gè)復(fù)雜的工程。有些UGTs在進(jìn)化分析中屬于同一群體，但催化的可能是完全不同類的底物分子。因此僅僅通過序列比較和進(jìn)化分析不能夠精確預(yù)測(cè)底物專一性和特有的催化機(jī)制，還需要后續(xù)生化實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步驗(yàn)證，尤其是針對(duì)具廣泛底物專一性的UGTs需要進(jìn)行大范圍的底物篩選和測(cè)定。當(dāng)單個(gè)UGT的底物專一性被闡明后，通過突變分析能夠進(jìn)一步闡明某些氨基酸序列對(duì)于供體、受體專一性以及催化功能的影響。 X-射線三維結(jié)構(gòu)分析能夠提供蛋白與底物相互作用的細(xì)節(jié)，為更有效地生化定性UGTs以便深入理解底物專一性提供了有力的工具。從而為植物UGTs在酶工程、基因工程上的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。以下主要總結(jié)了目前在NCBI結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)中報(bào)道的植物UGTs晶體三維結(jié)構(gòu)和定點(diǎn)突變功能研究的進(jìn)展。

1 植物UGT結(jié)構(gòu)研究概況

目前在蛋白結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù) (http://www.rcsb. org/pdb) 中發(fā)表了至少3種植物的11個(gè)UGTs晶體結(jié)構(gòu) (表1)，分別來自4種不同的UGT超家族，它們之間具有21%?47%的氨基酸序列同一性 (圖1)。盡管它們大部分之間的序列同一性較低僅為21%?33%，但是其二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)高度保守。

2005年發(fā)表的紫花苜蓿UGT71G1是第一個(gè)被發(fā)表的植物UGT的晶體結(jié)構(gòu)。UGT71G1與UDP或UDP-葡萄糖復(fù)合物的結(jié)構(gòu)揭示了酶與其糖基供體底物相互作用的詳盡信息，尤其是對(duì)于保守性的PSPG結(jié)構(gòu)單元在底物識(shí)別和催化活性中的功能作了較為詳盡的闡明，揭示了His22和Asp121在糖基轉(zhuǎn)移反應(yīng)中的至關(guān)重要的作 用。另外幾種植物UGTs被陸續(xù)報(bào)道，它們分別是葡萄GT1、紫花苜蓿UGT85H2、擬南芥UGT72B1和紫花苜蓿UGT78G1(表1)。

表1 植物UGTs超家族成員三維結(jié)構(gòu)

圖1 五種植物UGTs家族成員氨基酸序列比較 (關(guān)鍵催化殘基 (His22、Asp121) 和重要糖基供體受體結(jié)合位點(diǎn)殘基參照Mt UGT71G1序列被黑色字體標(biāo)出 (重要At UGT72B1氨基酸殘基為藍(lán)色字體)。在序列上方分別用藍(lán)色和黃色實(shí)心框標(biāo)出二級(jí)結(jié)構(gòu)β折疊和α螺旋，序列下方綠色實(shí)心框?yàn)楸Ｊ豍SPG區(qū)域。序列比較使用DNAMAN)

經(jīng)Blast搜索UGTs時(shí)發(fā)現(xiàn)GT1蛋白序列與UGT78D2具有55%的序列同一性因此被劃分為UGT78家族。GT1參與植物花青素形成反應(yīng)，與花、果實(shí)中色素的合成有關(guān)。UGT72B1是一個(gè)雙功能酶，同時(shí)具有形成 O-苷和N-苷的催化活性，即具有OGT/NGT (O-glucosyltransferase/N- glucosyltransferase) 的活性。針對(duì)其與糖基供體類似物、受體TCP復(fù)合物結(jié)構(gòu)的研究，結(jié)合突變研究的結(jié)果闡明了D312N和F315Y (在UGT71G1序列中無對(duì)應(yīng)序列) 在NGT催化形成N-苷活性中的關(guān)鍵作用。UGT85H2具有催化 (異) 黃酮類糖基轉(zhuǎn)移反應(yīng)的多種功能，其底物專一性相對(duì)廣泛，是已發(fā)表結(jié)構(gòu)中唯一一個(gè)未與底物復(fù)合的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)比較的結(jié)果顯示了Trp360 (對(duì)應(yīng)于UGT71G1序列的Trp339) 在糖結(jié)合之后發(fā)生了構(gòu)象上的變化。UGT78G1催化多種類黃酮的糖基化反應(yīng)。它同樣參與催化糖基從糖苷上移除的可逆反應(yīng)。通過結(jié)構(gòu)比較和突變實(shí)驗(yàn)鑒定出Glu192為糖基化可逆反應(yīng)中的關(guān)鍵氨基酸殘基。

我們分別從高山紅景天根莖和愈傷組織中分離得到了和3種UGT。具有調(diào)控酪醇合成紅景天甙的功能，是紅景天屬植物中首個(gè)被成功分離的與酪醇糖基化相關(guān)的基因。和的功能還有待于進(jìn)一步被確認(rèn)。針對(duì)以上3個(gè)高山紅景天UGTs的晶體學(xué)三維結(jié)構(gòu)研究工作正在進(jìn)行中。

2 植物UGTs整體三維晶體結(jié)構(gòu)

植物UGTs采用GT-B折疊的雙結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)，區(qū)別于能同時(shí)識(shí)別供體底物和受體底物的GT-A單結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu) (圖2A)。GT-B的每個(gè)結(jié)構(gòu)域都采用α/β/α折疊 (通常被引用為Rossmann折疊)。C-末端主要參與接觸糖基供體，與糖基受體相互作用主要由N-端提供。

在圖2A中標(biāo)出了三維折疊以及保守的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元。N-結(jié)構(gòu)域折疊成一個(gè)七鏈平行β-折疊并被8個(gè)α螺旋所圍繞 (分別命名為Nα1、Nα2、Nα3、Nα4、Nα5、Nα5a、Nα5b和Nα6)。C-結(jié)構(gòu)域折疊成一個(gè)六鏈平行β-折疊并被8個(gè)α螺旋所圍繞 (命名為Cα0、Cα1、Cα2a/Cα2b、Cα3、Cα4、Cα5、Cα6和Cα7)。第9個(gè)α螺旋 (Cα8) 折疊回N-結(jié)構(gòu)域。相對(duì)保守性差的環(huán)區(qū)將保守的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元連接起來。環(huán)區(qū)的命名方式參照其所跟隨的β-折疊 (除了跟隨Nα5a和Nα5b螺旋的環(huán)區(qū)外)。長(zhǎng)度和序列差別最大的環(huán)區(qū)來自于N-端結(jié)構(gòu)域的N3、N5和N5a，以及連接N-、C-結(jié)構(gòu)域的環(huán)區(qū)7 (鉸鏈區(qū)，interdomain linker)。鉸鏈區(qū)在有的結(jié)構(gòu)中包含不保守的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元 (圖2B)。

植物UGTs晶體結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)結(jié)構(gòu)域各自緊密堆積，并在兩者之間形成一個(gè)深的縫隙構(gòu)成了底物結(jié)合口袋。結(jié)合口袋入口狹窄，提示底物結(jié)合需要入口張開的過程。結(jié)構(gòu)域之間的運(yùn)動(dòng)可以由連接兩者之間柔性的鉸鏈區(qū)所介導(dǎo)。在UGT71G1結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)晶體學(xué)不對(duì)稱分子在縫隙部位具有小的構(gòu)象差別，并且在其他結(jié)構(gòu)中處于無序狀態(tài)難以被解析。

在UGT71G1復(fù)合UDP-葡萄糖與未與底物復(fù)合的UGT85H2結(jié)構(gòu)比較中發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)的二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)保守存在。較大結(jié)構(gòu)差異主要來自各個(gè)環(huán)區(qū)和鉸鏈區(qū) (圖2B)。鉸鏈區(qū)的一級(jí)序列和二級(jí)結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)度上和序列上具有較大差別。除了連接兩個(gè)結(jié)構(gòu)域的鉸鏈區(qū)的柔性外，與底物結(jié)合相關(guān)的環(huán)區(qū)在結(jié)構(gòu)上也具有較大柔性，其中包括了環(huán)區(qū)N5a和C6。而二者比較中出現(xiàn)較大差異的Nα2螺旋結(jié)構(gòu)，在UGT85H2結(jié)構(gòu)中這一區(qū)域的一些氨基酸殘基缺失處于無序狀態(tài)，提示在未復(fù)合時(shí)具有較大柔性。

圖2 植物UGT整體三維結(jié)構(gòu) (供體和受體的結(jié)合部位位于雙結(jié)構(gòu)域交界處，復(fù)合的UDP-葡萄糖分子以Stick模型表示。(A) Mt UGT71G1 Ribbon和Surface示意圖。雙結(jié)構(gòu)域分別以粉色和藍(lán)色標(biāo)出。N、C-結(jié)構(gòu)域末端，以及各個(gè)二級(jí)結(jié)構(gòu)單元被標(biāo)出名稱。(B) Mt UGT71G1與未與底物復(fù)合的Mt UGT85H2結(jié)構(gòu)比較：Mt UGT71G1以紫色標(biāo)出，黃色為鉸鏈區(qū)序列。Mt UGT85H2以灰色標(biāo)出。結(jié)構(gòu)差異較大部位被標(biāo)出名稱并用箭頭指明位置)

3 植物UGTs糖基供體和受體結(jié)合口袋結(jié)構(gòu)

3.1 糖基供體結(jié)合口袋

供體結(jié)合口袋主要由來自C-結(jié)構(gòu)域的C1環(huán)區(qū)、構(gòu)成Rossman特征折疊的幾個(gè)α螺旋 (Cα3，Cα4，Cα5) 的N-端和PSPG結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成 (圖3B)。

保守的PSPG結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成了與糖基供體主要的相互作用，構(gòu)成了結(jié)合口袋的一面。PSPG無論在長(zhǎng)度還是氨基酸序列上都高度保守 (圖1)。除了UGT85H2未與底物復(fù)合的結(jié)構(gòu)外，其余晶體結(jié)構(gòu)PSPG的44個(gè)氨基酸殘基中，至少10個(gè)高度保守氨基酸殘基與UDP-糖發(fā)生直接相互作用，其中有的與糖部分形成氫鍵。例如，UGT71G1結(jié)構(gòu)中參與供體分子接觸的氨基酸殘基Trp339、Gln342、His357和Glu365在已知的39種植物UGTs一級(jí)序列中保守存在。Glu381在有的分子中被Asp所代替。Gln382在葡萄糖糖基轉(zhuǎn)移酶中保守，而His382在半乳糖糖基轉(zhuǎn)移酶中保守。Glu381和Gln382兩個(gè)位點(diǎn)被推測(cè)對(duì)于糖基專一性至關(guān)重要。Trp360、Glu381和Gln382三個(gè)殘基與糖形成氫鍵在幾個(gè)結(jié)構(gòu)中保守存在，定點(diǎn)突變?yōu)锳la時(shí)活性完全喪失。

圖3 植物UGTs底物結(jié)合口袋示意圖(A：糖基供體受體化學(xué)結(jié)構(gòu)；B：Mt UGT71G1糖基供體結(jié)合口袋Ribbon示意圖：復(fù)合的UDP-葡萄糖分子、關(guān)鍵催化殘基 (His22、Asp121) 和重要結(jié)合位點(diǎn)殘基 (Thr143、Trp339、Gln342、His357、Trp360、Glu365、Glu381、Gln382) 以Stick模型表示，碳原子分別為綠色和黃色表示。PSPG區(qū)段為淺粉色，鉸鏈區(qū)為深粉色，C1區(qū)段為淺藍(lán)色；C：At UGT72B1糖基受體結(jié)合口袋Ribbon示意圖：復(fù)合的TCP分子以SPHERE模型表示，碳原子為綠色。關(guān)鍵催化殘基 (His19、Asp117) 和重要結(jié)合位點(diǎn)殘基 (Ser14、Pro15、Tyr138、Phe148、Asn312、和Tyr315) 以Stick模型表示，碳原子黃色表示。N1環(huán)區(qū)為淺藍(lán)色，N3環(huán)區(qū)為淺粉色，N4環(huán)區(qū)為深粉色，N5環(huán)區(qū)為青色。與糖基供體和受體部分相互作用以虛線表示)

除此之外，來自雙結(jié)構(gòu)域間的鉸鏈區(qū)氨基酸構(gòu)成了結(jié)合口袋的另一側(cè)面。在UGT71G1結(jié)構(gòu)中，這一部位與尿嘧啶部位接近但并未直接接觸。C-端結(jié)構(gòu)域的C1環(huán)區(qū)保守的Ser/Thr與供體的β-磷酸相互作用。UGT71G1的位于C1環(huán)區(qū)的M286L突變導(dǎo)致了以UDP-半乳糖和UDP-葡萄糖醛酸作為底物時(shí)活力的增加。

3.2 糖基受體結(jié)合口袋

與糖基供體結(jié)合不同的是，植物UGTs與受體的作用幾乎都來自于N-結(jié)構(gòu)域中連接各個(gè)二級(jí)結(jié)構(gòu)單元的環(huán)區(qū) (圖3C)。主要包括了環(huán)區(qū)N1、N2、N3、N4、N5 (Nα5，Nα5a，Nα5b，N5a，N5b)。參與受體接觸的C-結(jié)構(gòu)域部分主要包括C1和C5環(huán)區(qū)。N-結(jié)構(gòu)域在一級(jí)序列上相對(duì)于C-結(jié)構(gòu)域保守性更差，但大部分的骨架結(jié)構(gòu)還是高度保守的。

N2區(qū)殘基距離受體分子相對(duì)較遠(yuǎn)，排除了直接形成接觸的可能。而幾種UGTs的N3/Nα3區(qū)在長(zhǎng)度和序列上都差別較大，這個(gè)區(qū)域參與了受體的直接接觸。在細(xì)菌的6個(gè)家族1GTs結(jié)構(gòu)中，這個(gè)區(qū)域同樣高度可變，被認(rèn)為決定了受體底物的專一性。因此，在植物UGTs中，N3/Nα3區(qū)被認(rèn)為決定了受體分子的專一性。

除此之外，有3個(gè)環(huán)區(qū) (包括N4環(huán)區(qū)、N5/Nα5) 的差別，尤其是指向受體結(jié)合口袋的大側(cè)鏈氨基酸殘基被認(rèn)為參與決定了受體結(jié)合口袋的大小和形狀，包括N4環(huán)區(qū)的Leu118和Phe119，N5/Nα5的Tyr138和Phe148。它們有的與底物形成氫鍵作用有利于特定位點(diǎn)糖苷的形成，進(jìn)而決定了受體結(jié)合口袋不同受體結(jié)合特性。MtUGT71G1中雙突變Y202A/F148V改變了對(duì)于檞皮素quercetin的專一性，使糖基化的方式由3'-OH變?yōu)?-OH。其他突變包括了UGT74F1/F2中對(duì)應(yīng)于His150的N142Y同樣改變了對(duì)于quercetin的區(qū)域?qū)Ｒ恍?(Regiospecificity)。該殘基與其他UGT對(duì)應(yīng)的序列分別為Met152、Val156、Phe148和His153。

在AtUGT72B1與受體分子TCP復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)中，未形成任何可見的氫鍵作用，主要的作用力為疏水作用。因此穩(wěn)定受體的氫鍵和疏水相互作用，以及受體結(jié)合口袋與受體切合的程度共同決定了對(duì)受體分子的特定活性。除此之外，不參與底物分子直接接觸的氨基酸殘基也會(huì)通過蛋白分子內(nèi)相互作用間接影響酶的催化活性。例如在AtUGT72B1結(jié)構(gòu)中，位于C2環(huán)區(qū)的Asn312和Tyr315決定了N-苷形成活性。Tyr315被認(rèn)為能夠與包括Ser14/Pro15在內(nèi)的N1環(huán)區(qū)接觸，通過苯羥基與Pro15的羰基氧原子形成氫鍵，而Ser14與His19的ND1基團(tuán)相作用，從而影響同樣位于N1的催化關(guān)鍵氨基酸His19的正確定位和催化(圖3A，3C)。

4 植物UGTs催化機(jī)制

在GTs的催化過程中，受體的-OH、-NH2或-SH等被糖基化的功能基團(tuán)的正確定位是重要前提(圖3A)。受體的功能基團(tuán)與供體葡萄糖的C1位相接近，同時(shí)與作為廣義堿利于受體去質(zhì)子化的氨基酸相接近。在大部分的植物UGTs中這個(gè)廣義堿為His。不同的主鏈和側(cè)鏈構(gòu)象將決定不同受體與UGT發(fā)生有利的相互作用還是會(huì)發(fā)生空間位阻，最終決定一個(gè)受體分子是否為一個(gè)特定的UGT所容納。

以UGT71G1晶體結(jié)構(gòu)為代表提出的植物UGTs催化糖基轉(zhuǎn)移反應(yīng)的催化機(jī)理的模型 中，決定酶活性的關(guān)鍵氨基酸Asp121與His22的距離相近 (約為3.0 ?) 可能形成電子傳遞，His22與糖基供體的葡糖糖環(huán)C1位距離約為4.7 ?并和受體分子相接近。His22的咪唑基作為廣義堿使受體分子的羥基去質(zhì)子化并將質(zhì)子傳遞至Asp121。去質(zhì)子化的受體分子作為親核氧離子從糖環(huán)的相反方向?qū)DP-葡萄糖的C1碳原子進(jìn)行親核攻擊，從而取代UDP基團(tuán)。為了進(jìn)一步驗(yàn)證可能的關(guān)鍵殘基的重要性，基于結(jié)構(gòu)的定點(diǎn)突變研究中，H22A、D121A和E381A的突變都會(huì)導(dǎo)致了酶活力的喪失。

企業(yè)可通過創(chuàng)新物流成本管理的方式來使企業(yè)業(yè)務(wù)流程得到創(chuàng)新，這是因?yàn)槠髽I(yè)的業(yè)務(wù)活動(dòng)由企業(yè)的業(yè)務(wù)流程決定，企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)由企業(yè)的業(yè)務(wù)活動(dòng)決定，企業(yè)的管理制度由企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)決定，企業(yè)的文化及價(jià)值由企業(yè)的管理制度決定，由此得出，企業(yè)物流成本管理的創(chuàng)新可在很大程度上對(duì)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力產(chǎn)生影響。

5 展望

植物UGTs的糖基供體和受體結(jié)合于由N-、C-結(jié)構(gòu)域構(gòu)成的縫隙中。確定植物UGTs的糖基供體專一性、受體專一性以及UGTs催化活性是非常復(fù)雜的過程。為了更精確的理解這一過程，解析UDP-葡萄糖以外的糖基供體分子復(fù)合物的結(jié)構(gòu)會(huì)很有幫助。同樣，植物UGTs家族中具有更寬泛的受體分子專一性的結(jié)構(gòu)也會(huì)幫助我們更好地理解這類酶的催化機(jī)制。隨著更多的對(duì)野生型和突變體的結(jié)構(gòu)和生化研究，更多的結(jié)構(gòu)被解析，將會(huì)有助于利用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)對(duì)于底物進(jìn)行預(yù)測(cè)。

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(本文責(zé)編 陳宏宇)

Crystal structures of plant uridine diphosphate-dependent glycosyltransferases

Heshu Lü, Feiyan Xue, Chunmei Liu, Mingfeng Yang, and Lanqing Ma

Key Laboratory of Urban Agriculture (North) of Ministry of Agriculture China, Beijing University of Agriculture, Beijing 102206, China

Glycosyltransferases (GTs) catalyze the transfer of a sugar residue of an activated sugar donor to an acceptor molecule. Many families 1 GTs utilize an uridine diphosphate (UDP) activated sugar as donor in the glycosylation reaction, and most of these belong to a group of GTs referred to as the UGTs. The relationship between the degree of amino acid sequence identity and substrate specificity of the plant UGTs is highly complicated, and the prediction of substrate specificity based on phylogenetic analyses need to be improved by more biochemical characterization. This review summarizes the three dimensional structures of plant UGTs published in the Protein Data Bank (PDB), including the detailed substrate interactions with the sugar and receptor binding pockets and mutational analyses of some critical amino acids. It will be helpful for biochemical characterization the substrate specificity of the individual UGT, and lay the foundation for the enzymatic and genetic manipulation of plant UGTs in the future.

Uridine diphosphate glycosyltransferases (UGTs), crystal structure, substrate specificity

September 16, 2013; Accepted: January 2, 2014

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Lanqing Ma. Tel/Fax: +86-10-80797305; E-mail: lanqingma@gmail.com

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