Kinetic Modeling of an Enzymatic Redox Cascade In Vivo Reveals Bottlenecks Caused by Cofactors

辅因子 黄素组 体内 氧化还原 级联 化学 级联反应 醇脱氢酶 单加氧酶 脱氢酶 生物催化 半反应 生物化学 生物物理学 生物 有机化学 催化作用 反应机理 细胞色素P450 色谱法 生物技术
作者
Sofia Milker,M. Fink,Nikolin Oberleitner,Anna K. Ressmann,Uwe T. Bornscheuer,Marko D. Mihovilovič,Florian Rudroff
出处
期刊:Chemcatchem [Wiley]
卷期号:9 (17): 3420-3427 被引量:32
标识
DOI:10.1002/cctc.201700573
摘要

Abstract We describe the development of a kinetic model for the simulation and optimization of an in vivo redox cascade in E. coli in which a combination of an alcohol dehydrogenase, an enoate reductase, and a Baeyer–Villiger monooxygenase is used for the synthesis of lactones. The model was used to estimate the concentrations of active enzyme in the sequential biotransformations to identify bottlenecks together with their reasons and how to overcome them. We estimated adapted Michaelis–Menten parameters from in vitro experiments with isolated enzymes and used these values to simulate the change in the concentrations of intermediates and products during the in vivo cascade reactions. Remarkably, the model indicated that the fastest enzyme was rate‐determining because of the unexpectedly low concentration of the active form, which opens up reversible reaction channels towards byproducts. We also provide substantial experimental evidence that a low intracellular concentration of flavin and nicotinamide cofactors drastically decreased the performance of the in vivo cascade drastically.
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