An Engineered meso-Diaminopimelate Dehydrogenase Enables the Biocatalytic Synthesis of Bulky β-Substituted d -Amino Acids

催化作用 化学 生物催化 氨基酸 立体化学 组合化学 有机化学 生物化学 反应机理
作者
Yan Wei,Yu‐Cong Zheng,Haiping Liu,Qiang Geng,Zheng Wang,Yuqing Wang,Hui‐Lei Yu,Jian‐He Xu,Zhi‐Jun Zhang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:15 (10): 7720-7730 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acscatal.5c01214
摘要

The strict stereoselectivity of meso -diaminopimelate dehydrogenase (DAPDH) promises a direct synthetic pathway for d -amino acids via the asymmetric reductive amination of keto acids with ammonium. However, the low activity and limited substrate scope of the wild-type and previously engineered DAPDH variants have posed significant challenges for their practical applications. In this study, a structure-guided engineering strategy based on triple code saturation mutagenesis (TCSM) was employed for the DAPDH from Bacillus thermozeamaize ( Bt DAPDH). A Bt DAPDH-M9 variant, which demonstrates a remarkable up to 450-fold improvement in catalytic activity toward a series of bulky β-substituted ketoacids, was identified. The synthetic applicability of the newly engineered variant was evaluated through the gram-scale synthesis of previously difficult to obtain d -biphenylalanine as well as several bulky pharmaceutically relevant d -amino acids with yields ranging from 53% to 69% and a stereoselectivity >99% ee. Structural analysis and molecular dynamics simulations provide mechanistic insights into the enhanced catalytic activity of Bt DAPDH-M9, revealing how mutagenesis optimizes the substrate-binding cleft. This study establishes an efficient biocatalytic route for the synthesis of sterically bulky d -amino acids and offers a valuable strategy for the engineering of enzymes to access unnatural amino acids.
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