Enhanced Regioselectivity and Catalytic Activity on C7Hydroxylation of Lithocholic Acid to Produce Ursodeoxycholic Acid by Monooxygenase CYP107D1 Based on Semi‐Rational Design

羟基化 胆酸 熊去氧胆酸 单加氧酶 合理设计 区域选择性 化学 定向进化 突变体 饱和突变 细胞色素P450 胆汁酸 组合化学 立体化学 生物化学 催化作用 生物 遗传学 基因
作者
Ci Song,Xiaomin Zheng,Zhen‐Ru Zhou,Yundong Yu,Lei Zhang,Shan Li
出处
期刊:Biotechnology Journal [Wiley]
卷期号:20 (7)
标识
DOI:10.1002/biot.70070
摘要

ABSTRACT Ursodeoxycholic acid (UDCA), a natural bile acid, is widely utilized in treating hepatobiliary disorders due to its ability to reduce bile concentration and protect liver function. While the CYP107D1 (OleP) triple‐mutant F84Q/S240A/V291G is the first identified bacterial monooxygenase capable of directly converting lithocholic acid (LCA) to UDCA via C7β‐hydroxylation, its industrial application has been hindered by low catalytic efficiency. The study implemented a semi‐rational design strategy combined with a cell‐free enzyme catalysis method, utilizing the OleP triple mutant as a template, to screen for mutants with enhanced 7β‐hydroxylation activity. The superior quadruple‐mutant G294A/N236H/F321W/V297A was engineered through iterative combinatorial mutagenesis, which catalyzed the production of about 0.68 mM UDCA from 1 mM substrate LCA. This variant exhibited a 50% increase in catalytic activity and a 40% improvement in regioselectivity compared to the template OleP triple‐mutant. Molecular docking and kinetic simulations further demonstrated that the quadruple mutant stabilized the enzyme‐substrate complex through optimized binding interactions, thereby enhancing catalytic proficiency. Our findings elucidate critical structural determinants governing C7‐hydroxylation of LCA.
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