In Vivo Synthesis of Polyhydroxylated Compounds from a “Hidden Reservoir” of Toxic Aldehyde Species

化学 醛还原酶 醛脱氢酶 醇脱氢酶 羟醛反应 羧酸 醛缩酶A 恶臭假单胞菌 生物催化 大肠杆菌 有机化学 生物化学 还原酶 催化作用 反应机理 基因
作者
Thomas Bayer,Sofia Milker,Thomas Wiesinger,Margit Winkler,Marko D. Mihovilovič,Florian Rudroff
出处
期刊:Chemcatchem [Wiley]
卷期号:9 (15): 2919-2923 被引量:32
标识
DOI:10.1002/cctc.201700469
摘要

Abstract Synthetic enzyme cascades in living cells often lack efficiency owing to the formation of byproducts by endogenous enzymes or toxicity of the cascade intermediates. Highly reactive aldehyde species can trigger a metabolic stress response, and this leads to undesired side reactions and decreased yields. Owing to the metabolic background of Escherichia coli ( E. coli ), aldehydes may be irreversibly oxidized to carboxylic acids or reduced to the corresponding alcohols. Herein, we applied an approach to equilibrate the aldehyde concentration in vivo. We oxidized primary alcohols to the corresponding aldehydes by AlkJ, an alcohol dehydrogenase from Pseudomonas putida . Introduction of a carboxylic acid reductase from Nocardia iowensis allowed the target compound to be retrieved from the carboxylate sink. Further reduction of the aldehydes to alcohols by endogenous E. coli enzymes completed the equilibration between alcohols, aldehydes, and carboxylic acids. Thus, the aldehyde concentrations remained below nonviable concentrations. We demonstrated the concept on several primary alcohols, which reached the redox equilibrium within 6 h and persisted up to 24 h. Subsequent combination with a dihydroxyacetone‐dependent aldolase (Fsa1‐A129S, E. coli ) demonstrated that the reactive aldehyde species were freely available and gave the aldol product, (3 S ,4 R )‐1,3,4‐trihydroxy‐5‐phenylpentan‐2‐one, in 70 % yield within short reaction times.
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