第一章 序論
1.4 各物種間多樣性三萜類產物反應機構
1.4.1 鯊烯-蛇麻烯環化酵素（SHC）
在自然界中，細菌與原生動物並不會產生固醇類，而是以五環的蛇 麻烯作為替代。細菌中的鯊烯-蛇麻烯環化酵素（Squalene-Hopene；SHC）
與OSC、CAS同樣屬於三萜類環化酵素家族，而SHC也與OSC具有類似 的環化機制《圖1-6》。從受質的觀點來看，真核細胞的氧化鯊烯環化酵 素利用氧化鯊烯作為受質，而細菌的鯊烯環化酵素則是利用鯊烯作為受 質，所以鯊烯環化酵素被認為出現在演化過程中較早的厭氧時期。另外，
細菌的鯊烯環化酵素對受質的專一性也較低，不僅可以利用鯊烯作為受 質，對於氧化鯊烯或是其光學異構物甚至是一般的多萜醇也可以進行反 應。相反地，真核的氧化鯊烯環化酵素則具有很高的受質結構專一性。
若從環化機制上來觀察，鯊烯環化酵素在反應機制和形態上都是以較簡 單的方式進行。當它在進行環化作用時，受質會以較穩定的”椅形-椅形-椅形”的結構存在，這使得受質需要的酵素助力較小，而在細菌的鯊烯 環化酵素中，也不具有最後的骨架重排步驟。
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《圖1-6》SHC的環化機制與OSC十分類似
在所有三萜類環化酵素中，A.acidocaldarius 鯊烯-蛇麻烯環化酵素 (SHC, EC5.4.99.x)是最早被結晶出來，並且於1997年Science期刊中發表 其X-ray晶體結構、酵素蛋白的活性區域與可能的反應機制31。從其結晶 結構上可以發現SHC是一個啞鈴型雙聚體膜蛋白，結構中含有豐富的α 螺旋（α-helix）。雖然SHC為膜蛋白，但它並未完全穿透細菌的細胞膜，
其受質鯊烯會經由疏水性的孔道進入酵素的活性區域中《圖1-7》。這些
結構的資訊，可用作其它同源性環化酵素家族的基本模版，並且提供反 應機制與酵素結構功能的研究方向。另外，A.acidocaldarius的SHC與人 類OSC的重要胺基酸約有20% 相同性（Identity），並由於其具有同源 性，因此可以透過SHC結構上的相關資訊，來推測OSC的環化過程的機 制。
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《圖1-7》SHC之X-射線晶體結構圖。C：胺基酸的COOH端；N：NH2 端；L：抑制劑（LDAO）接合位置；E：酵素表面唯一的非極性區域，
約為1600Å2並被認為是受質進入的通道（Entrance Channel）。紅色與黃 色緞帶構形為α-Helix的結構；綠色為β結構；紫色為QW-Motifs 之重
複區域。
1998 年 Abe 等 人 曾 經 利 用 固 醇 類 抑 制 劑 Ro48-8071 來 研 究 A.acidocaldarius中SHC其酵素結構與催化功能的相關性15。從Ro48-8071 在A. acidocaldarius的SHC之X-射線晶體結構中與酵素相結合的活性區 域位置，以及藉由之前酵素動力學之實驗數據，並可以用來證明SHC與 Ro48-8071間的抑制關係，可以發現胺基酸Asp376在酵素中扮演著誘導
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雙鍵打開質子化的角色，並且會與His451間產生氫鍵作用，另外若加上 Tyr495和Asp376與水分子的互相聯繫，增強Asp376所扮演的路易士酸來 協助起始環化反應的角色《圖1-8》。
此外，在2004年Schluz等人利用2-azasqualene當作抑制劑來研究A.
acidocaldarius SHC，更從其中推斷可能的活性區域32《圖1-9》
《圖1-8》藉由抑制劑 Ro48-8071（灰色）與SHC結合的分子模擬圖，證 明Asp376為提供質子起始環化反應15
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《圖1-9》利用X-ray推斷SHC可能的活性區域32
綜合SHC的結晶結構與定點突變的實驗結果33，可以提供我們足夠的 證據，來了解酵素在催化反應進行時，活性區內胺基酸與受質鯊烯的交
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互作用33。其中具有芳香族基團特性的胺基酸Trp312與Trp169，被認為 可能是與受質的辨識鍵結有關，而Wendt等人則認為這兩個胺基酸會利 用其碳陽離子-π電子的交互作用分別穩定C-4與碳C-13（Hopene編號）
的碳陽離子中間物《圖1-10》34,35。同樣地，Trp489也被認為會利用其碳
陽離子-π電子的交互作用穩定A環的形成36。從結晶結構來看，儘管 Tyr609的位置在C-8附近，但Tyr420仍然被認為具有穩定C-8碳陽離子中 間物的功能。因為在定點突變的實驗中，將Tyr420突變成Ala與Gly時，
會得到雙環與三環的產物；另外，Tyr420也被認為會利用其立體空間的 結構來幫助蛇麻烯骨架在B與C環的結構中進行排列37。在酵素SHC中的 Phe605位置除了在空間中十分靠近E環外，其在所有的SHC也具有高度 保留性，然而在OSC並不具有這個胺基酸，所以Phe605被認為是蛇麻烯 E環形成的關鍵35。根據上面的推論也進行了一系列的定點飽和突變的研 究33，而結果如《圖1-11》
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《圖1-10》SHC活性區域內假設活性胺基酸的位置與功能36
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《圖1-11》SHC各突變點產物分布圖33