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Fe(II)和2-酮戊二酸依赖型双加氧酶（Fe/2OG DOs）是一个超家族的酶，在羟基化、成环、环重构等多种催化反应中发挥重要作用。这个家族的每个成员在整体结构上都有相似之处，但执行不同功能的成员又有其结构独特性，这使得Fe/2OG DOs具备引人注目的催化多样性。随着目前研究的深入，发现了更多的Fe/2OG DOs，其催化范围进一步扩大；然而，除羟基化作用外，许多反应机制尚未得到准确证明，对其分子基础缺乏系统的认识。最近，越来越多的Fe/2OG DOs的X-ray结构为其功能和底物结合特性的结构基础提供了新的见解。这些结构信息对于理解催化机理和挖掘潜在的催化反应是必不可少的。对此，聂尧教授课题组基于天然产物合成中Fe/2OG DOs结构与催化功能之间的关系，综述了近年来发现的大部分Fe/2OG DOs的结构特征，并以反应类型分类探讨了各种结构元件与独特催化机理之间的关系。
文章首先从宏观到微观，从整体结构到结合口袋内部，分析了Fe/2OG DOs家族典型的结构特征，包括双链β-helix（DSBH）为核心的骨架结构和负责Fe(II)配位的关键H-X-D/E-Xn-H模块。围绕底物结合口袋，阐述了Fe/2OG DOs的柔性元件在反应中的变构调节过程，并分析家族成员中一些独特的柔性原件的作用。之后，以催化的反应类型分类讨论了不同功能的Fe/2OG DOs家族成员独特的结构特征，这些家族成员催化的反应包括羟基化、成环、环重构、去饱和化、去甲基化、氧化脱氨、内过氧化和多功能催化等。讨论了这些酶底物结合的分子机制，及其在催化过程中独特的构象和结构元素对反应的作用，并对基于结构推导的催化机制进行了总结和分析。最后，文章还讨论了Fe/2OG DOs有待于进一步挖掘的功能，可用于结构与功能关系研究的新兴方法及调控Fe/2OG DOs功能的研究潜力。
聂尧教授为本文的通讯作者，2021级博士研究生赵松垠为论文第一作者。本项工作得到国家自然科学基金（22378168, 22178147）、国家重点研发计划（2021YFC2102000）等项目的联合资助。
文图 | 赵松垠
编辑 | 李薇薇
审核 | 聂 尧
责编 | 韩 俊
