S-adenosylmethionine synthetase (MAT) catalyzes the synthesis of S-adenosylmethionine (SAM) from ATP and L-methionine. SAM is the major methyl donor for more than 100 transmethylation reactions. It is also a common cosubstrate involved in transsulfuration and aminopropylation. However, product inhibition largely restrains the activity of MAT and limits the enzymatic synthesis of SAM. In this research, the product inhibition of MAT from Escherichia coli was reduced via semi-rational modification. A triple variant (Variant III, I303 V/I65 V/L186 V) showed a 42-fold increase in Ki,ATP and a 2.08-fold increase in specific activity when compared to wild-type MAT. Its Ki,ATP was 0.42 mM and specific acitivity was 3.78 ±0.19 U/mg. Increased Ki,ATP means reduced product inhibition which enhances SAM accumulation. The SAM produced by Variant III could reach to 3.27 mM while SAM produced by wild-type MAT was 1.62 mM in the presence of 10 mM substrates. When the residue in 104th of Variant III was further optimized by site-saturated mutagenesis, the specific activity of Variant IV (I303 V/I65 V/L186 V/N104 K) reached to 6.02 ±0.22 U/mg at 37 °C, though the SAM concentration decreased to 2.68 mM with 10 mM substrates. Analysis of protein 3D structure suggests that changes in hydrogen bonds or other ligand interactions around active site may account for the variety of product inhibition and enzyme activity. The Variant III and Variant IV with reduced inhibition and improved enzyme activity in the study would be more suitable candidates for SAM production in the future.

中文翻译：

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来自大肠杆菌的 S-腺苷甲硫氨酸合成酶的半合理工程变体，具有降低的产物抑制和提高的催化活性

S-腺苷甲硫氨酸合成酶 (MAT) 催化从 ATP 和 L-甲硫氨酸合成 S-腺苷甲硫氨酸 (SAM)。SAM 是 100 多个甲基转移反应的主要甲基供体。它也是参与转硫和氨基丙基化的常见共底物。然而，产物抑制在很大程度上抑制了 MAT 的活性并限制了 SAM 的酶促合成。在本研究中，通过半合理修饰降低了来自大肠杆菌的 MAT 的产物抑制作用。与野生型 MAT 相比，三重变体（变体 III、I303 V/I65 V/L186 V）的 Ki、ATP 增加了 42 倍，比活性增加了 2.08 倍。其 Ki,ATP 为 0.42 mM，比活度为 3.78 ±0.19 U/mg。Ki,ATP 增加意味着产物抑制减少，从而增强了 SAM 积累。在存在 10 mM 底物的情况下，Variant III 产生的 SAM 可达到 3.27 mM，而野生型 MAT 产生的 SAM 为 1.62 mM。当通过位点饱和诱变进一步优化 Variant III 的第 104 个残基时，Variant IV (I303 V/I65 V/L186 V/N104 K) 的比活性在 37 °C 下达到 6.02 ±0.22 U/mg，尽管使用 10 mM 底物时，SAM 浓度降低至 2.68 mM。对蛋白质 3D 结构的分析表明，活性位点周围的氢键或其他配体相互作用的变化可能解释了产物抑制和酶活性的多样性。研究中抑制减少和酶活性提高的变体 III 和变体 IV 将是未来更适合 SAM 生产的候选者。存在 10 mM 底物时为 62 mM。当通过位点饱和诱变进一步优化 Variant III 的第 104 个残基时，Variant IV (I303 V/I65 V/L186 V/N104 K) 的比活性在 37 °C 下达到 6.02 ±0.22 U/mg，尽管使用 10 mM 底物时，SAM 浓度降低至 2.68 mM。对蛋白质 3D 结构的分析表明，氢键或活性位点周围其他配体相互作用的变化可能是导致产物抑制和酶活性变化的原因。研究中抑制减少和酶活性提高的变体 III 和变体 IV 将是未来更适合 SAM 生产的候选者。存在 10 mM 底物时为 62 mM。当通过位点饱和诱变进一步优化 Variant III 的第 104 个残基时，Variant IV (I303 V/I65 V/L186 V/N104 K) 的比活性在 37 °C 下达到 6.02 ±0.22 U/mg，尽管使用 10 mM 底物时，SAM 浓度降低至 2.68 mM。对蛋白质 3D 结构的分析表明，氢键或活性位点周围其他配体相互作用的变化可能是导致产物抑制和酶活性变化的原因。研究中抑制减少和酶活性提高的变体 III 和变体 IV 将是未来更适合 SAM 生产的候选者。在 37 °C 时为 22 U/mg，尽管使用 10 mM 底物时 SAM 浓度降低至 2.68 mM。对蛋白质 3D 结构的分析表明，氢键或活性位点周围其他配体相互作用的变化可能是导致产物抑制和酶活性变化的原因。研究中抑制减少和酶活性提高的变体 III 和变体 IV 将是未来更适合 SAM 生产的候选者。在 37 °C 时为 22 U/mg，尽管使用 10 mM 底物时 SAM 浓度降低至 2.68 mM。对蛋白质 3D 结构的分析表明，氢键或活性位点周围其他配体相互作用的变化可能是导致产物抑制和酶活性变化的原因。研究中抑制减少和酶活性提高的变体 III 和变体 IV 将是未来更适合 SAM 生产的候选者。