摘要
含环氧结构的膦酸盐天然产物磷霉素是一种广谱抗生素，常由植物病原体丁香假单胞菌和土壤链霉菌产生。链霉菌来源生合成途径已被阐明，但假单胞菌途径未被解析。作者通过异源表达确定假单胞菌生合成途径关键酶PsfC，其催化2-Pmm氧化脱羧生成3-OBPn，晶体结构表明PsfC属于二铁金属水解酶超家族成员，以此丰富了对金属水解酶超家族的相关认识。
内容
链霉菌来源和假单胞菌来源的磷霉素生合成途径分别如图1所示，核心代谢产物PEP在PEP变位酶作用下生成PnPy。在链霉菌途径中，PnPy脱羧生成膦酰乙醛PnAA。
而在假单胞菌中不存在编码PnPy脱羧酶的基因，作者推测假单胞菌中磷霉素生合途径如图S1所示。
大肠杆菌中共表达生合成基因。对来自丁香假单胞菌PB-5123的psfA和psfB基因在大肠杆菌中进行共表达（图2A），系统组合表达磷霉素BGC中其他基因结果表明psfA-B产生2-Pmm，psfA-C产生2-OPP和3-OBPn，在先前研究中表明PsfD可以催化2-OPP转化为(S)-2-HPP（图2B）。
PsfC晶体结构。为深入理解PsfC催化2-Pmm生成3-OBPn，作者解析PsfC的晶体结构，其活性中心包含两个铁离子（图3）。
PsfC定点突变研究。作者通过晶体学研究和序列比对确定PsfC发挥脱羧功能的催化残基，这些残基有助于底物结合、金属结合，或在催化机制中发挥作用。
PsfC体外活性。体外实验证实通过经分离纯化的PsfC将2-Pmm转化为3-OBPn，但PsfC没有催化3-OBPn脱羧生成2-OPP。
PsfC推定的催化机制。推定的PsfC的催化机制如图式1所示，与分子氧反应后形成桥连的氢过氧化物-Fe(III)-Fe(III)复合物后启动氢原子转移(HAT)反应，途径A为自由基介导的脱羧反应，而途径B为基于碳正离子的脱羧反应。由于2-Pmm的两个亚甲基都可能发生HAT反应，作者经同位素标记实验表明HAT反应发生在C2位而非C4位。
PsfC属于含PHP结构域超家族成员。PsfC与水解PHP（polymerase and histidinol phosphatase, PHP）家族成员进化关系较远（图4）。
假单胞菌和链霉菌通过两条不同的途径生物合成磷霉素。本文作者鉴定假单胞菌中负责磷霉素生合成的关键酶PsfC，其催化2-Pmm氧化脱羧生成中间体3-OBPn，之后再经脱羧反应生成2-OPP。PsfC的活性中心存在两个铁离子并需要氧分子进行催化，作者通过结构和序列分析确定关键残基，并证明其在相关膦酸盐天然产物生合成中的功能，丰富对金属水解酶超家族的相关认识。
原文刊载于【遇见生物合成】公众号
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