Structure-Guided Co-Evolution of Fungal Unspecific Peroxygenase for Improved VD 3 C25-Hydroxylation by Substrate-Binding Pocket Engineering

羟基化 化学 突变 二面角 产量(工程) 突变体 立体化学 合理设计 分子动力学 催化循环 生物物理学 血红素 催化作用 生物化学 蛋白质工程 氧原子 同源重组 氢键 组合化学 突变 蛋白质结构 定向进化 氧气 选择性
作者
Xia Ke,Kai-Rui Wang,Tong Zheng,Keqiang Xu,Ji-Dong Shen,Junping Zhou,Zhi‐Qiang Liu,Yu‐Guo Zheng
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:74 (11): 9605-9616 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.5c17087
摘要

Fungal unspecific peroxygenases (UPOs) can directly utilize H 2 O 2 as an oxygen and electron donor for selective C–H bond oxyfunctionalization. However, long-time duration of genetic modification and expression in Pichia pastoris limited its quick evolution. Herein, we propose a novel structure-guided combinatorial evolution strategy(SBPCS) to accelerate the iterative cycle of multipoint mutagenesis for C25 hydroxylation of VD 3 by Aae UPO. Through mutational screening of key residues within the substrate-binding pocket, combined with molecular dynamics (MD) simulations, we observed shortened distance and a stabilized dihedral angle between the substrate’s C25 atom and the heme Fe═O center. After two rounds of coevolution, a triple mutant (G195A/V244I/S272A, M3) was successfully obtained, demonstrating a 5.16-fold increase in C25-hydroxylation efficiency, with a increased the yield of 25(OH)VD 3 from 45.8 to 354.40 mg/L. Our study elucidate how the geometry of the heme-VD 3 complex effect catalytic efficiency during selective hydroxylation and guided a rational design for accelerating Aae UPO coevolution toward VD 3 C25-hydroxylation.
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