Reconstruction of the Catalytic Pocket and Enzyme–Substrate Interactions To Enhance the Catalytic Efficiency of a Short‐Chain Dehydrogenase/Reductase

位阻效应 化学 催化作用 立体选择性 还原酶 立体化学 烷基 合理设计 催化效率 脱氢酶 立体专一性 基质(水族馆) 组合化学 侧链 营业额 有机化学 材料科学 纳米技术 生物 聚合物 生态学
作者
Aipeng Li,Lidan Ye,Xiaohong Yang,Bei Wang,Chengcheng Yang,Jiali Gu,Hongwei Yu
出处
期刊:Chemcatchem [Wiley]
卷期号:8 (20): 3229-3233 被引量:45
标识
DOI:10.1002/cctc.201600921
摘要

Abstract To upgrade the short‐chain dehydrogenase/reductase EbSDR8 to a powerful tool for the synthesis of anti Prelog chiral alcohols, rational design was performed by reconstructing the catalytic pocket and enzyme–substrate interactions. The resulting variants showed significantly improved catalytic efficiency ( k cat / K M ; k cat =turnover rate, K M= Michaelis constant) towards a series of prochiral ketones, with k cat / K M values more than 15‐fold greater than that of wildtype EbSDR8 in some cases. More importantly, none of the mutations caused an adverse effect on the stereoselectivity. The increased steric repulsion and the C−H ⋅⋅⋅ π interaction involving the alkyl side chain of L153 and the phenyl ring of the substrate turned out to be crucial factors connected to the enhanced enzymatic activity. This provided new insight into the role of steric hindrance and non canonical interactions in protein engineering. Furthermore, the recombinant E. coli whole cells expressing the EbSDR8 variant G94A/S153L successfully catalyzed the reduction of a high‐concentration 2,2,2‐trifluoroacetophenone. The results demonstrated the effectiveness of rational design and the applicability of the designed variants in the efficient reduction of prochiral ketones.
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