Rational Design of the Spatial Effect in a Fe(II)/α‐Ketoglutarate‐Dependent Dioxygenase Reverses the Regioselectivity of C(sp3)−H Bond Hydroxylation in Aliphatic Amino Acids

区域选择性 羟基化 化学 氨基酸 立体化学 合理设计 双加氧酶 立体异构 生物 催化作用 生物化学 遗传学
作者
Chenni Zheng,Wanqing Wei,Jian Wen,Wei Song,Jing Wu,Ran Wang,Dejing Yin,Xiulai Chen,Cong Gao,Jia Liu,Li Liu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (32): e202406060-e202406060 被引量:8
标识
DOI:10.1002/anie.202406060
摘要

Abstract The hydroxylation of remote C( sp 3 )−H bonds in aliphatic amino acids yields crucial precursors for the synthesis of high‐value compounds. However, accurate regulation of the regioselectivity of remote C( sp 3 )−H bonds hydroxylation in aliphatic amino acids continues to be a common challenge in chemosynthesis and biosynthesis. In this study, the Fe(II)/α‐ketoglutarate‐dependent dioxygenase from Bacillus subtilis (BlAH) was mined and found to catalyze hydroxylation at the γ and δ sites of aliphatic amino acids. Crystal structure analysis, molecular dynamics simulations, and quantum chemical calculations revealed that regioselectivity was regulated by the spatial effect of BlAH. Based on these results, the spatial effect of BlAH was reconstructed to stabilize the transition state at the δ site of aliphatic amino acids, thereby successfully reversing the γ site regioselectivity to the δ site. For example, the regioselectivity of L‐Homoleucine ( 5 a ) was reversed from the γ site (1 : 12) to the δ site (>99 : 1). The present study not only expands the toolbox of biocatalysts for the regioselective functionalization of remote C( sp 3 )−H bonds, but also provides a theoretical guidance for the precision‐driven modification of similarly remote C( sp 3 )−H bonds in complex molecules.
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