UDP-D-葡糖醛酸（UDP-GlcA）4-差向异构酶（UGAepi；EC 5.1.3.6）催化UDP-D-GlcA的C4位置的立体反转，为细胞壁多糖的合成提供D-半乳糖醛酸。UGAepi在许多方面说明了酶催化中的一个基本问题：为了有效地促进反应，酶必须在蛋白质的灵活性和精确的底物定位之间实现良好的平衡。该酶协调NAD⁺对底物的C4氧化和活性位点中易于脱羧的β-酮酸中间体的旋转，从而实现NADH对酮基的立体还原。UGAepi反应包括典型糖核苷酸差向异构体机制中的两个催化步骤，紧密结合的NAD辅酶对底物的位点特异性C4氧化；以及NADH酶对瞬时UDP-4-酮己糖醛酸中间体的非立体特异性还原。为了允许氢重新添加到羰基的任一面，4-酮基必须灵活地容纳在酶结合袋中。一般认为，4-酮糖能够在活性位点旋转，但该酶如何使结合的中间体发生扭转运动尚不清楚，在结构上仍令人困惑。

图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

有鉴于此，Graz University of Technology的Bernd Nidetzky与其合作者利用元动力学模拟揭示了4-酮中间体的的旋转景观。糖环扭曲成船式构象会导致酶结合袋的扭转运动。旋转终点表明4-酮糖具有未变形的4C1椅式构象。等位放置的羧酸基团不利于4-酮糖的脱羧。

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基于计算证据，该研究利用突变方法来探测动力学模拟过程中I和I^ROT结构中4-酮基中间体羧基的结合口袋相互作用。UGAepi突变体在去除与底物的相反旋转异构体中的羧酸基团的结合相互作用后导致脱羧。取代R185A/D将差向异构体转化为UDP木糖合成酶，该合成酶在立体特异性、构型保留反应中脱羧UDP-GlcA。

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UGAepi催化UDP-4-酮己糖醛酸催化机制表明，除了差向异构化外，UGAepi还具有脱羧酶功能。脱羧酶（以UDP木糖合酶为例）的反应中由酶-NAD⁺形成的UDP-4-酮己糖醛酸物种与UGAepi反应中的完全相同，但仅通过4-酮中间体进行脱羧。

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原文标题：Enzymatic C4-Epimerization of UDP-Glucuronic Acid: Precisely Steered Rotation of a Transient 4-Keto Intermediate for an Inverted Reaction without Decarboxylation

Angew. Chem. Int. Ed. doi.org/10.1002/ange.202211937

原文作者：Annika J. E. Borg+#, Oriol Esquivias+#, Joan Coines, Carme Rovira,* and Bernd Nidetzky*