Chem. Asian J. ：磷酸三酯酶降解农药对氧磷和对硫磷的水调控机制

有机磷类化合物具有高的毒性，被用作农药杀虫剂和神经毒剂，长期大量使用所引起的重大环境问题是人类健康与生存面临的重大挑战之一。和传统的化学处理有机磷类化合物相比，生物酶催化降解对环境更加友好，受到多学科的广泛关注。磷酸三酯酶 (PTE) 作为水解酶超家族的成员之一，可以有效催化杀虫剂水解，对神经毒剂也具有一定的解毒作用。近日，厦门大学曹泽星教授课题组在前期研究的基础上(ACS Catal. 2019, 9, 7038-7051; Phys Chem Chem Phys. 2022, 24, 687-96; Phys Chem Chem Phys. 2022, 24, 10933-10943)，对PTE酶催化有机磷农药对氧磷和对硫磷的降解过程进行了系统的多尺度模拟研究。结果表明，不同于传统的桥配体OH^–亲核进攻底物磷中心的降解机制，有机磷农药杀虫剂的降解遵循水分子调控反应机理。

对于对硫磷(PIN)体系，活性中心Zn_α位存在配位水分子(WT1)，且WT1水分子进攻机理比OH^–进攻机制更有利。然而，由于含P=O的对氧磷(PON)与酶活性中心金属的结合更加紧密，活性区域相对紧凑，其活性中心Zn_α位存在配位水分子和无配位水分子的两种结构。当Zn_α位无配位水分子时，对氧磷的降解反应遵循传统的OH^–进攻机理，反之,对氧磷的降解由配位水分子进攻机制主导。Zn_α位配位水分子的存在取决于有机磷类底物的结构特征，对于含P=S的底物，酶-底物活性中心的Zn_α位存在配位水分子，其酶催化水解过程源于配位水分子对底物磷中心的亲核进攻。活性区水分子的存在不仅影响水解的反应机制，同时对促进底物的释放具有显著作用，可以通过活性区水及其输运通道的调控提高PTE酶对有机磷类化合物的降解效率。

论文信息

Water-Regulated Mechanisms for Degradation of Pesticides Paraoxon and Parathion by Phosphotriesterase: Insight from QM/MM and MD SimulationsYuzhuang Fu, Fangfang Fan, Binju Wang, and Zexing Cao

文章第一作者为厦门大学博士研究生付玉状

Chemistry – An Asian Journal

DOI: 10.1002/asia.202200439