Protein Engineering of Epoxide Hydrolase from Agrobacterium radiobacter AD1 for Enhanced Activity and Enantioselective Production of ( R )-1-Phenylethane-1,2-Diol

环氧化物水解酶 饱和突变 立体化学 化学 苯乙烯氧化物 定向进化 环氧化物 苯乙烯 二醇 对映选择合成 突变 生物化学 有机化学 突变 催化作用 突变体 基因 聚合物 微粒体 共聚物
作者
Lingyun Rui,Cao Li,Wilfred Chen,Kenneth F. Reardon,Thomas K. Wood
出处
期刊:Applied and Environmental Microbiology [American Society for Microbiology]
卷期号:71 (7): 3995-4003 被引量:82
标识
DOI:10.1128/aem.71.7.3995-4003.2005
摘要

DNA shuffling and saturation mutagenesis of positions F108, L190, I219, D235, and C248 were used to generate variants of the epoxide hydrolase of Agrobacterium radiobacter AD1 (EchA) with enhanced enantioselectivity and activity for styrene oxide and enhanced activity for 1,2-epoxyhexane and epoxypropane. EchA variant I219F has more than fivefold-enhanced enantioselectivity toward racemic styrene oxide, with the enantiomeric ratio value (E value) for the production of (R)-1-phenylethane-1,2-diol increased from 17 for the wild-type enzyme to 91, as well as twofold-improved activity for the production of (R)-1-phenylethane-1,2-diol (1.96 +/- 0.09 versus 1.04 +/- 0.07 micromol/min/mg for wild-type EchA). Computer modeling indicated that this mutation significantly alters (R)-styrene oxide binding in the active site. Another three variants from EchA active-site engineering, F108L/C248I, I219L/C248I, and F108L/I219L/C248I, also exhibited improved enantioselectivity toward racemic styrene oxide in favor of production of the corresponding diol in the (R) configuration (twofold enhancement in their E values). Variant F108L/I219L/C248I also demonstrated 10-fold- and 2-fold-increased activity on 5 mM epoxypropane (24 +/- 2 versus 2.4 +/- 0.3 micromol/min/mg for the wild-type enzyme) and 5 mM 1,2-epoxyhexane (5.2 +/- 0.5 versus 2.6 +/- 0.0 micromol/min/mg for the wild-type enzyme). Both variants L190F (isolated from a DNA shuffling library) and L190Y (created from subsequent saturation mutagenesis) showed significantly enhanced activity for racemic styrene oxide hydrolysis, with 4.8-fold (8.6 +/- 0.3 versus 1.8 +/- 0.2 micromol/min/mg for the wild-type enzyme) and 2.7-fold (4.8 +/- 0.8 versus 1.8 +/- 0.2 micromol/min/mg for the wild-type enzyme) improvements, respectively. L190Y also hydrolyzed 1,2-epoxyhexane 2.5 times faster than the wild-type enzyme.

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