Selective oxidation of carbolide C–H bonds by an engineered macrolide P450 mono-oxygenase

区域选择性 化学 生物催化 细胞色素P450 立体化学 基质(水族馆) 立体选择性 组合化学 加氧酶 选择性 单加氧酶 活动站点 催化作用 有机化学 反应机理 生物 生态学
作者
Shengying Li,Mani Raj Chaulagain,Allison R. Knauff,Larissa M. Podust,John Montgomery,David H. Sherman
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:106 (44): 18463-18468 被引量:91
标识
DOI:10.1073/pnas.0907203106
摘要

Regio- and stereoselective oxidation of an unactivated C–H bond remains a central challenge in organic chemistry. Considerable effort has been devoted to identifying transition metal complexes, biological catalysts, or simplified mimics, but limited success has been achieved. Cytochrome P450 mono-oxygenases are involved in diverse types of regio- and stereoselective oxidations, and represent a promising biocatalyst to address this challenge. The application of this class of enzymes is particularly significant if their substrate spectra can be broadened, selectivity controlled, and reactions catalyzed in the absence of expensive heterologous redox partners. In this study, we engineered a macrolide biosynthetic P450 mono-oxygenase PikC (PikC D50N -RhFRED) with remarkable substrate flexibility, significantly increased activity compared to wild-type enzyme, and self-sufficiency. By harnessing its unique desosamine-anchoring functionality via a heretofore under-explored “substrate engineering” strategy, we demonstrated the ability of PikC to hydroxylate a series of carbocyclic rings linked to the desosamine glycoside via an acetal linkage (referred to as “carbolides”) in a regioselective manner. Complementary analysis of a number of high-resolution enzyme-substrate cocrystal structures provided significant insights into the function of the aminosugar-derived anchoring group for control of reaction site selectivity. Moreover, unexpected biological activity of a select number of these carbolide systems revealed their potential as a previously unrecorded class of antibiotics.
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