多铜氧化酶（MCO）家族存在于古细菌、细菌和真核生物中，它们具有几乎相同的含铜催化位点，但表现出催化广泛的无机和有机底物以及催化速率。MCO可分为金属氧化酶和漆酶两类，但其基本特征和机制仍不清楚。漆酶能有效氧化酚类和芳香胺等许多化合物，在绿色化学、生物修复和生物炼制领域具有巨大的生物技术应用潜力。金属氧化酶对低价过渡金属如Cu(I)、Fe(II)和Mn(II)表现出高活性，在细胞内金属稳态系统中发挥重要作用。最近，Universidade Nova de Lisboa的LígiaO. Martins课题组利用突变与结构、动力学和电子分析相结合，揭示了多铜氧化酶家族的耐高温金属氧化酶进化为漆酶的分子特征，其对于体积较大的芳香族底物kcat为273 s−1。
图片来源：ACS Catal.
研究发现，分散在酶上的六个突变位点共同调节动力学，以改善大体积芳香底物的结合和催化作用。
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在进化的早期阶段，残基的替换是改变底物结合位点形状和大小的基础。然后通过在进化后期插入远端突变，通过高阶上位性相互作用对结合位点进行微调。变构耦合的远程动态网络有利于催化活性构象状态，更适合识别和稳定芳香底物。
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这项工作提供了对酶和进化分子机制的洞察，并指出了迭代实验和计算分析对理解局部到全局变化的重要性。
参考文献：Distal Mutations Shape Substrate-Binding Sites during Evolution of a Metallo-Oxidase into a Laccase
ACS Catal. 2022, 12, 5022−5035
原文作者：Vânia Brissos,∥ Patrícia T. Borges,∥ Reyes Núñez-Franco, Maria Fátima Lucas, CarlosFrazão, Emanuele Monza, Laura Masgrau, Tiago N. Cordeiro, and Lígia O.Martins*
