Nature Chemical Biology：类胡萝卜素裂解酶趋同进化生成视觉发色团

动物视网膜的光反应源于一种与眼动素耦合的 11-顺式视黄醛发色团的光异构化。这种视觉发色团是通过类胡萝卜素裂解二氧酶的作用酶解产生的。脊椎动物需要两种类胡萝卜素裂解二氧 化酶——β-胡萝卜素加氧酶 1 和视网膜色素上皮细胞 65（RPE65），来从类胡萝卜素底物中形成 11-顺式视黄醛，而昆虫等无脊椎动物则使用一种称为 "非失活也非后电位 B"（NinaB）的单一酶。RPE65 和 NinaB 分别将反式-顺式异构化与水解和加氧结合在一起，但它们异构酶活性的机理关系仍然未知。

近段时间，来自美国加利福尼亚州尔湾市加州大学尔湾医学院生理学与生物物理学系的Yasmeen J. Solano教授及团队报告了卷心菜环虱（Trichoplusia ni）NinaB 的高分辨率晶体结构，旨在揭示其活性位点的分子结构及其膜相互作用结构元素的细节。通过结构引导诱变方法，在其宽阔的底物结合裂隙中确定了 NinaB 异构酶的活性位点。

结果显示，胡萝卜素底物特异性和裂解区域选择性是通过近端活性位点区域的多个残基来实现的。与 NdCCD 相比，NinaB 近端活性位点的体积大大增加，这使得 β-ionone 分子能够穿过活性位点空腔，到达催化相关的结合位置。该实验观察到 NinaB 酶中五个不同位置上的单个氨基酸取代可显著改变催化的异构产物。

W17L 取代几乎取消了胡萝卜素和黄绿素底物中 11-顺式异构体的形成，而 W17F 取代后的全反式/11-顺式生产比率与 WT 酶相比仅略有提高。F357L 取代也同样显著降低了 11-顺式异构体的形成。数据还表明序列的一部分（残基 118-126）采用了具有明显两亲性的 α 螺旋结构，使螺旋能够穿透脂质双分子层。与 RPE65 的情况类似，该序列总体上具有高度灵活性，只有在受到外部约束时才会被锁定为特定构象。

TnNinaB 晶体结构及其与 NdCCD 的比较

总之，这项研究提供了关于一种不寻常的双催化酶的详细信息，这种酶在昆虫视觉中起着至关重要的作用，该实验有助于了解在暗光环境中支持视觉色素功能所必需的催化机制的起源，并为进一步探究昆虫类胡萝卜素异构氧化酶活性的生物学重要性提供了途径。

参考文献：

Solano YJ, Everett MP,et. Carotenoid cleavage enzymes evolved convergently to generate the visual chromophore. Nat Chem Biol. 2024 Feb 14. doi: 10.1038/s41589-024-01554-z. Epub ahead of print. PMID: 38355721.