De novo design of porphyrin-containing proteins as efficient and stereoselective catalysts

立体选择性 卟啉 催化作用 组合化学 对映体 化学 立体化学 脯氨酸 环丙烷化 血红素 氨基酸 生物化学
作者
Kai-Peng Hou,Wei Huang,Miao Qi,Thomas H. Tugwell,Turki M. Alturaifi,Yuda Chen,Xingjie Zhang,Lei Lü,Samuel I. Mann,Peng Liu,Yang Yang,William F. DeGrado
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:388 (6747): 665-670 被引量:31
标识
DOI:10.1126/science.adt7268
摘要

De novo design of protein catalysts with high efficiency and stereoselectivity provides an attractive approach toward the design of environmentally benign catalysts. Here, we design proteins that incorporate histidine-ligated synthetic porphyrin and heme ligands. Four of 10 designed proteins catalyzed cyclopropanation with an enantiomeric ratio greater than 99:1. A second class of proteins were designed to catalyze a silicon-hydrogen insertion and were optimized by directed evolution in whole cells. The evolved proteins incorporated features unlikely to be generated by computational design alone, including a proline in an α helix. Molecular dynamics simulations showed that as the proteins evolved toward higher activity, their conformational ensembles narrowed to favor more productive conformations. Our work demonstrates that efficient de novo protein catalysts are designable and should be useful for manifold chemical processes.
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