中国海洋大学在海洋微生物驱动有机硫合成机制领域取得新进展
作者:李春阳 来源:观海听涛 访问:1859 日期: 2022-05-29

 5月26日,中国海洋大学海洋高等研究院、海洋生命学院张玉忠教授团队在Nature Communications在线发表了题为“Insights into methionine S-methylation in diverse organisms” (不同生物中甲硫氨酸甲基化反应的机制研究)的研究论文。海洋生命学院张玉忠教授、李春阳副教授及英国东安格利亚大学Jonathan D.Todd教授为论文共同通讯作者,博士后彭明和李春阳副教授为并列第一作者,中国海洋大学为第一完成单位。

二甲基巯基丙酸内盐(Dimethylsulfoniopropionate,DMSP)是地球上丰度最高的有机硫化合物之一,DMSP不仅是海洋微生物重要的碳源和硫源,也具有很多重要的生理功能和生态功能。关于DMSP合成及代谢过程及机制的研究是全球硫循环领域的研究热点。甲硫氨酸(Methionine)是DMSP合成的前体物质,经过甲基化、转氨基和脱羧基三步重要反应,最终合成DMSP,其中甲基化反应是DMSP合成的关键步骤和限速步骤。到目前为止,尚未有DMSP合成关键转甲基酶的结构和催化机制被报道。

本研究阐明了DMSP合成过程中关键酶MmtN的分子机制。MmtN催化甲硫氨酸甲基化反应生成S-甲基甲硫氨酸(SMM)。结构及生化分析表明,MmtN拥有独特的三聚体组装机制,两个相邻的单体分子共同组成了甲硫氨酸的结合位点。MmtN采用“邻近-去溶剂化”机制发挥功能。除了海洋沉积物细菌,我们发现古菌、候选门级辐射类群(candidate phyla radiation, CPR)细菌及一些微型动物基因组中都含有有功能的MmtN同源序列,进一步分析表明这些同源蛋白也应该采用我们提出的催化机制。本研究为全面理解DMSP/SMM的合成过程提供了重要依据。

海洋生态系统中DMSP合成示意图

张玉忠教授领衔的研究团队长期从事海洋微生物学与微生物海洋学研究,近年来在海洋微生物驱动的碳、氮、硫元素循环领域取得了系列研究成果。本次在Nature Communications上发表的研究成果是该团队在海洋微生学、海洋微生物酶学研究领域取得的又一重要研究进展。

该论文由中国海洋大学、山东大学、英国东安格利亚大学、青岛海洋科学与技术试点国家实验室、美国加利福尼亚大学等单位的相关学者合作完成。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、泰山学者攀登计划等项目的资助。

通讯员:李春阳

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编辑:赵奚赟

责任编辑:李华昌