Site-Selective Deuteration of Amino Acids through Dual-Protein Catalysis

化学 氨基酸 氢-氘交换 催化作用 酶催化 组合化学 立体化学 核磁共振波谱 基质(水族馆) 有机化学 生物化学 物理 海洋学 量子力学 地质学
作者
Tyler J. Doyon,Andrew R. Buller
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (16): 7327-7336 被引量:36
标识
DOI:10.1021/jacs.2c00608
摘要

Deuterated amino acids have been recognized for their utility in drug development, for facilitating nuclear magnetic resonance (NMR) analysis, and as probes for enzyme mechanism. Small molecule-based methods for the site-selective synthesis of deuterated amino acids typically involve de novo synthesis of the compound from deuterated precursors. In comparison, enzymatic methods for introducing deuterium offer improved efficiency, operating directly on free amino acids to achieve hydrogen-deuterium (H/D) exchange. However, site selectivity remains a significant challenge for enzyme-mediated deuteration, limiting access to desirable deuteration motifs. Here, we use enzyme-catalyzed deuteration, combined with steady-state kinetic analysis and ultraviolet (UV)-vis spectroscopy to probe the mechanism of a two-protein system responsible for the biosynthesis of l-allo-Ile. We show that an aminotransferase (DsaD) can pair with a small partner protein (DsaE) to catalyze Cα and Cβ H/D exchange of amino acids, while reactions without DsaE lead exclusively to Cα-deuteration. With conditions for improved catalysis, we evaluate the substrate scope for Cα/Cβ-deuteration and demonstrate the utility of this system for preparative-scale, selective labeling of amino acids.
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