Bidirectional Regulation of Nitrilase Reaction Specificity by Tuning the Characteristic Distances between Key Residues and Substrate

硝化酶 水解 基质(水族馆) 催化作用 化学 突变体 突变 腈水合酶 对接(动物) 组合化学 立体化学 生物化学 有机化学 生物 基因 医学 护理部 生态学
作者
Xiaoling Tang,Pengfei Wen,Zheng Wen,Xingqun Zhu,Yan Zhang,Hongjuan Diao,Ren‐Chao Zheng,Yu‐Guo Zheng
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:13 (15): 10282-10294 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c02670
摘要

Nitrilases are a class of enzymes that hydrolyze nitriles to carboxylic acids and ammonia. However, as research has progressed, the hydration activities that convert nitriles to amides are also found in nitrilases from different sources, which result in difficulties for high-purity production of carboxylic acids and meanwhile endow the enzyme with potential for valuable amides biosynthesis. In this study, the distance between the residues Cys and Glu in the catalytic triad (DC-E), as well as that between the cyano group of nitrile substrates and Glu (DCN-E) were determined to coaffect the reaction pathway. A strategy of switching the characteristic distance "DC-E–DCN-E" of nitrilase was proposed to regulate its reaction specificity. By computer-aided in silico analysis and mutagenesis of hotspot residues, a triple mutant K200R/R224W/N246V and a hexamutant A87M/I91P/I136Q/M164V/R224S/V226R were obtained with strict hydrolysis and hydration activity, respectively. With phenylacetonitrile as a substrate, the content of phenylacetic acid produced by the triple mutant was increased from 50.9% to 98.5%, while that of phenylacetamide was increased from 49.1% to 96.4% by the hexamutant. The established computational design strategy provided important guidance to engineer nitrilases with inverse reaction specificity and meanwhile broadened their application fields.
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