近日，化学领域权威期刊《ACS Catalysis》（新锐1区Top，IF=13.5）发表了四川农业大学生物合成与绿色制造创新团队蒲祥副教授与山东大学彭炜研究员团队合作的最新研究成果“Discovery of stereoselective UrCYP71AU oxidases catalyzing the final biosynthetic step of rhynchophylline and mechanistic insights into 7R and 7S spiroindole skeleton formation”（http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscatal.6c04213）。钩藤碱（RHY）是一种螺环吲哚生物碱，主要作用于心血管系统和中枢神经系统。该研究聚焦其螺环骨架合成步骤，从钩藤中发掘鉴定了3个毛钩藤碱氧化酶，其中CYP71AU491和CYP71AU492立体选择性的将毛钩藤碱转化为7R构型的RHY，CYP71AU557则立体选择性的将毛钩藤碱转化为7S构型的RHY。通过理性改造，3种UrCYP71AU蛋白的催化活性得到了显著提升。

RHY螺环骨架形成过程始于²RC₄₉₂反应复合物，毛钩藤碱与Compound I的活性位点结合，Compound I的O1原子进攻底物吲哚环的C1，克服9.4 kcal/mol的能垒并释放17.4 kcal/mol的能量，生成氧化中间体²IC1₄₉₂。随后O1进攻C3形成环氧化中间体²IC2₄₉₂，该过程仅需克服1.7 kcal/mol的能垒。通过C1-O1和C3-C4键的协同裂解开环反应，产生开环中间体²IC3₄₉₂，该过程需克服14.3 kcal/mol的能垒，随后C1-C4键快速生成并释放60.1 kcal/mol的能量，最终产生7R构型的RHY。CYP71AU557介导的IRH的形成过程与CYP71AU492介导的催化过程极为相似。通过底物结合口袋对比分析，我们发现CYP71AU492和CYP71AU557与底物识别模式有区别。CYP71AU492具有一个L-shaped口袋，而CYP71AU557则为一个barrel-shaped口袋。我们分别设计了CYP71AU492和CYP71AU557的组合突变体，通过底物结合口袋重塑的方法成功实现了UrCYP71AU蛋白催化立体选择性的翻转。本研究率先解析了RHY螺环吲哚骨架立体选择性合成机制。

生物与医药专业代馨乐为论文的物理第一作者，蒲祥副教授与彭炜研究员为论文的共同通讯作者。该研究得到了中央本级重大增减支项目、四川省自然科学基金面上项目、四川农业大学学科建设双支计划自由探索专项、国家自然科学基金项目、山东省泰山学者项目、山东省自然科学基金项目、微生物改造技术全国重点实验室优青发展项目联合资助。