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Halogenases in Biocatalysis: Advances in Mechanism Elucidation, Directed Evolution, and Green Manufacturing
WANG Mingpeng, CHEN Lei, ZHAO Yiran, ZHANG Yimin, ZHENG Qifan, LIU Xinyang, WANG Yixue, WANG Qinhong
Synthetic Biology Journal    DOI: 10.12211/2096-8280.2024-091

Fig. 3 Cofactors and catalytic mechanisms of different types of halogenase[1,4,17-25]
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1959年,Shaw和Hager从真菌Caldariomyces fumago中发现了第一个卤化过氧化物酶[28]。随着科学技术的不断进步,科学家们利用基因组测序、蛋白质工程和生物信息学等技术成功地分离并鉴定出一系列具有重要生物学功能的卤化酶,并深入研究了其催化机制和结构特征[1,4,17-25]。由于催化机制不同,卤化酶可以分为三大类,并可根据其催化所需辅因子种类进一步细分。(1)亲电卤化酶(图3a):催化卤素与底物的亲电结合,包括无辅因子卤素过氧化物酶(Haloperoxidase,HPO)、钒依赖型卤化酶(Vanadium-dependent haloperoxidases,VHPO)、血红素铁依赖型卤化酶(Heme iron-dependent haloperoxidase,HHPO)以及黄素依赖型卤化酶(FDHs);(2)自由基卤化酶(图3b):催化卤素对游离或连接特定载体底物的自由基攻击,多为非血红素铁/α-酮戊二酸依赖型卤化酶(Non-Heme iron/α-Ketoglutarate-dependent Halogenases,NHFe/αKGHs),成员包括BesD,WelO5等;(3)亲核卤化酶(图3c):催化S-腺苷-L-甲硫氨酸(SAM)和卤化物通过双分子亲核取代反应(SN2)产生5′-氟/氯脱氧腺苷(5′-FDA/5′-ClDA)和L-甲硫氨酸(L-Met),典型代表包括氟酶(Fluorinase,FlA)和氯酶(Chlorinase)。目前,发现及研究最多的卤化酶为亲电卤化酶,其次是自由基卤化酶,而亲核卤化酶仍然是最罕见的。
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