Biocatalytic synthesis of non-standard amino acids by a decarboxylative aldol reaction

生物催化 羟醛反应 氨基酸 对映选择合成 化学 蛋白质工程 定向进化 有机化学 立体化学 催化作用 组合化学 反应机理 生物化学 基因 突变体
作者
Jonathan M. Ellis,Meghan E. Campbell,Prasanth Kumar,Eric P. Geunes,C.A. Bingman,Andrew R. Buller
出处
期刊:Nature Catalysis [Nature Portfolio]
卷期号:5 (2): 136-143 被引量:40
标识
DOI:10.1038/s41929-022-00743-0
摘要

Enzymes are renowned for their catalytic efficiency and selectivity. Despite the wealth of carbon–carbon bond-forming transformations in traditional organic chemistry and nature, relatively few C–C bond-forming enzymes have found their way into the biocatalysis toolbox. Here we show that the enzyme UstD performs a highly selective decarboxylative aldol addition with diverse aldehyde substrates to make non-standard γ-hydroxy amino acids. We increased the activity of UstD through three rounds of classic directed evolution and an additional round of computationally guided engineering. The enzyme that emerged, UstDv2.0, is efficient in a whole-cell biocatalysis format. The products are highly desirable, functionally rich bioactive γ-hydroxy amino acids that we demonstrate can be prepared stereoselectively on the gram scale. The X-ray crystal structure of UstDv2.0 at 2.25 Å reveals the active site and provides a foundation for probing the UstD mechanism. Enantioselective C–C bond-forming reactions are underdeveloped in the biocatalysis toolbox. Now, engineering an efficient and promiscuous decarboxylative aldolase enzyme provides a solution to facilitate the convenient synthesis of non-standard γ-hydroxy amino acids from simple building blocks.
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