Reshaping the Activity–Stability Landscape of a 1,2-Rhamnosyltransferase via Distal Mutational Engineering

热稳定性 催化效率 生物催化 蛋白质工程 化学 催化作用 生化工程 定向进化 天然产物 组合化学 合理设计 糖基转移酶 理论(学习稳定性) 分子工程 纳米技术 生物化学 分子动力学 合成生物学 蛋白质设计
作者
Wenjuan Dai,Chaorong Guo,Hongyan Yang,Taiyan Chen,Jing Qu,Wenwen Pei,Yan Zeng,Yueming Zhu,Hui‐Min Qin,Jiao Li,Peng Chen,Yuanxia Sun
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:74 (34): 27168-27178
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.6c07461
摘要

Rhamnosyltransferases are remarkable biocatalysts for the synthesis of rhamnosylated natural products with valuable physicochemical properties and bioactivities. However, their application is hindered by poor stability and low catalytic efficiency. Here, we achieved simultaneous enhancement of catalytic efficiency and stability of a 1,2-rhamnosyltransferase by a distal mutational engineering strategy. The variant M9 exhibited a 589.43-fold extension in half-life, a 2.5 °C increase in Tm, a 13.6 °C increase in T50, and an 8- to 763-fold increase in activity toward diverse flavonoids compared with the wild type. Molecular dynamics simulations provided insights into enhanced thermostability and catalytic efficiency. To demonstrate its synthetic utility, a whole-cell biocatalytic system was constructed in E. coli by coexpressing M9 and UDP-rhamnose synthase, enabling a neohesperidin titer of 1.14 g L-1 without exogenous sugar donor supplementation. This study presents a practical enzyme engineering strategy for simultaneous activity-stability enhancement in glycosyltransferases and provides a promising biocatalyst for rhamnosylated natural product biosynthesis.
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