Sequence Similarity Network Guided Discovery of a Dehydrogenase for Asymmetric Carbonyl Dehydrogenation

脱氢 序列(生物学) 相似性(几何) 化学 组合化学 计算生物学 情报检索 计算机科学 立体化学 有机化学 生物 生物化学 人工智能 催化作用 图像(数学)
作者
Yujing Hu,Jie Chen,Shaofang Qi,Hui Wang,Zhaoxuan Zhu,Yongzhen Peng,Wenjing Wang,Guixiang Huang,Zheng Fang,Yuxuan Ye,Zhiguo Wang,Kai Guo
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.202501425
摘要

Carbonyl dehydrogenation is one of the most valuable transformations in modern synthetic chemistry. Compared to traditional chemical synthesis methods, enzymatic dehydrogenation offers a greener and more selective alternative. However, except for a few rare natural dehydrogenases for desaturation, current enzymatic methods predominantly rely on enzyme’s promiscuity, which often suffer from lower efficiency and limited reaction controllability. Herein, we employed sequence similarity networks to mine natural dehydrogenases from a vast array of sequences with potential dehydrogenation activity. This approach led to the discovery of an uncharacterized FAD‐dependent enzyme capable of efficiently performing the desymmetrizing desaturation of cyclohexanones, thereby generating diverse cyclohexenones bearing remote γ‐quaternary stereocenters. The current method has enhanced the turnover frequency (TOF) by approximately 178‐fold compared to the best existing biocatalytic strategies and displayed almost no overoxidation reactions. Through a combination of experimental assays and computational studies, we elucidated that this enzyme enhances its dehydrogenation capability via an unconventional proton relay system, absent in previously reported enzyme’s promiscuity systems. Additionally, this streamlined enzymatic process demonstrated scalability to gram‐scale synthesis with maintained efficiency and selectivity, offering robust and sustainable alternatives for the synthesis of chiral cyclohexenones with high optical purity.
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