玫瑰杆菌类群细菌参与海洋有机硫DMSP去甲基化代谢关键酶DmdB和DmdC的结构与催化机制

Dimethylsulfoniopropionate (DMSP), produced on a scale of 1000 Tg a year, is an important organic sulfur in the ocean. Microbial cleavage of DMSP is an important step in the global sulfur and carbon cycles. Most DMSP is degraded by marine bacteria via either a demethylation pathway or a cleavage pathway. Between them, demethylation pathway which accounts for about 90% of total metabolism of DMSP, is the major metabolism pathway. There are four key enzymes in the demethylation pathway, DmdA, DmdB, DmdC, and DmdD. However, till now, the structures and catalytic mechanisms of DmdB and DmdC have not been revealed. Roseobacter is one of the major bacterial groups that metabolize DMSP. This program taking Roseobacter as the material will carry out the following studies: (1) Solve the structures of DmdB, DmdB in complex with substrate/product. By combining structural analysis with biochemical experiments, reveal the molecular mechanism that DmdB catalyzes the reaction of MMPA and CoA to produce MMPA-CoA. (2) Solve the structures of DmdC, DmdC in complex with substrate/product.By combining structural analysis with biochemical experiments, reveal the molecular mechanism that DmdC catalyzes the dehydrogenation of MMPA-CoA to MTA-CoA. The research results will consummate the molecular mechanism of DMSP demethylation metabolism and help us to better understand the process of carbon and sulfur cyclings on the earth.

二甲基巯基丙酸内盐（DMSP）年产量高达10亿吨，是海洋中重要的有机硫。海洋细菌对DMSP的代谢是全球碳、硫循环的重要过程，主要包括去甲基化代谢和裂解代谢，其中去甲基化代谢约占DMSP总代谢通量的90%，是DMSP代谢的主要途径。DMSP去甲基化代谢包括四个关键酶：DmdA、DmdB、DmdC和DmdD，其中DmdB、DmdC的结构及催化机制至今未被揭示。本项目以代谢DMSP主要细菌类群——玫瑰杆菌类群细菌为材料，开展如下研究：（1）解析DmdB及其与底物、产物复合物的结构，结合生化研究，揭示其催化MMPA与CoA反应生成MMPA-CoA的分子机制。（2）解析DmdC及其与底物、产物复合物的结构，结合生化研究，揭示其催化MMPA-CoA脱氢生成MTA-CoA的分子机制。上述研究结果将完善海洋细菌参与的DMSP去甲基化代谢的分子机制，有助于更好的认识地球碳、硫循过程，具有重要的理论意义。

二甲基巯基丙酸内盐（Dimethylsulfoniopropionate，DMSP）年产量高达10亿吨，是全球硫循环的重要载体物质。微生物介导的DMSP的分解代谢是全球硫循环和碳循环的重要步骤，主要包括去甲基化代谢和裂解代谢。其中去甲基化代谢约占DMSP总代谢通量的90%，是DMSP代谢的主要途径。DMSP去甲基化代谢包括四个关键酶：DmdA、DmdB、DmdC和DmdD，其中DmdB和DmdC的结构及催化机制至今未被揭示。本项目：（1）购买、培养并保藏了典型的DMSP代谢细菌，为DMSP代谢相关研究提供了菌株保障。（2）从体内、体外两个层面验证了典型DMSP代谢细菌中DmdB和DmdC的功能。（3）异源表达纯化了DmdB和DmdC并检测了他们的酶学性质。（4）对DmdB和DmdC并进行了晶体筛选，解析了DmdB和DmdC的晶体结构，并在结构分析和突变验证的基础上阐明了DmdB催化MMPA与CoA反应生成MMPA-CoA的分子机制和DmdC催化MMPA-CoA脱氢生成MTA-CoA的分子机制。（5）对DMSP去甲基化代谢途径中各个酶与其底物的亲和力进行了分析，提出了DMSP去甲基化代谢的动力学调控机制。项目的实施为更好的认识微生物参与的DMSP的去甲基化代谢过程提供了重要帮助。在本项目资助下共发表SCI论文12篇，其中在海洋科学、微生物学和生物化学主流杂志上发表SCI论文10篇。