催化混杂是一种有用但偶然的酶特性,因此在自然界中寻找催化混杂酶的效率很低。一些祖先的酶是新酶进化的分支点,并且被假设是混杂的。为了检验祖先酶比其现代后代更混杂的假设,我们在约 1 亿年前的
酯酶分歧的羟基腈裂合酶 (HNL) 的四个分支点重建了祖先酶。两种酶类型都是α/β-
水解酶折叠酶,具有相同的催化三联体,但反应类型和机制不同。
酯酶通过酰基酶中间体催化
水解,而裂合酶则在没有中间体的情况下催化消除。用六种
酯酶底物和六种裂合酶底物筛选祖先酶及其现代后代,发现祖先酶之间具有更高的催化混杂性(P < 0.01)。祖先的酯酶比现代的酯酶更有可能催化裂合酶反应,并且祖先的HNL比现代的HNL更有可能催化酯水解。从酯酶到羟基腈裂合酶的路径中的一种祖先酶(HNL1)特别混杂,并且催化许多底物的水解和裂合酶反应。更广泛的筛选测试了未通过进化选择的机械相关反应:脱羧、迈克尔加成、γ-内酰胺
水解和 1,5-二酮