酶巨大催化能力的起源仍然是一个长期存在的问题。解开这些起源对于我们设计具有不同功能的蛋白质以及理性设计进化获得的突变（导致功能改变，如新的底物范围和化学、溶剂适应、热稳定性和提高速率）的能力至关重要。酶活性中心静电学和化学定位的相互作用对于理解酶催化的起源和新型催化剂的设计非常重要。有鉴于此，Stanford University的Steven G. Boxer团队重构了TEM-1 β-内酰胺酶到TEM-52向超广谱活性进化的轨迹，以更好地理解抗生素耐药性的出现，以结构−功能的角度解释其催化中涉及的非共价相互作用。
图片来源：ACS Cent. Sci.
该研究利用详细的动力学分析和振动斯塔克效应，量化青霉素G和头孢噻肟的米氏和酰基-酶复合物的速率和电场变化，确定了电场在调节功能方面的进化作用。
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这些数据与MD模拟相结合，解释和量化了进化过程中依赖于底物的结构变化。结果表明，这种进化轨迹利用一个大的预组织电场和依赖于底物的化学定位来促进催化。这决定了TEM β-内酰胺酶耐药性的进化性、底物混杂性和蛋白质适合度。
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参考文献：The Interplay of Electrostatics and Chemical Positioning in the Evolution of Antibiotic Resistance in TEM β‑Lactamases
ACS Cent. Sci. 2021, 7, 1996−2008
原文作者：Samuel H. Schneider,# Jacek Kozuch,# and StevenG. Boxer*
