Improving Activity and C β -Stereoselectivity of l -Threonine Transaldolase via Structure-Guided Protein Engineering and a Visual High-Throughput Screening Method

饱和突变 蛋白质工程 生物催化 化学 转醛醇酶 焦磷酸硫胺 转酮酶 突变 产量(工程) 组合化学 代谢工程 生物化学 催化作用 突变体 定向进化 乙醛 对映体过量 辅因子 生物转化 合理设计 立体化学 硫胺素 酶催化
作者
Zonghong Li,Shanshan Yu,Jinhui Feng,Xiang Sheng,Yu‐Cheng Gu,Peiyuan Yao,Qiaqing Wu,Dunming Zhu
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:13 (51): 22064-22073
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.5c09721
摘要

Chiral β-hydroxy-α-amino acids are key chiral building blocks of many natural products and drug molecules, but their asymmetric synthesis remains a notable challenge. l-Threonine transaldolase (LTTA) exhibits favorable stereoselectivity in β-hydroxy-α-amino acid synthesis, but its relatively low activity restricts its widespread application. In this study, we established a visual high-throughput screening method to improve the activity and Cβ-stereoselectivity of a novel LTTA from Pseudomonas sp. EMN2 (LTTA11), which relied on the conversion of the byproduct acetaldehyde with a thiamine pyrophosphate (ThDP)-dependent enzyme. A triple mutant M3 (F59G/M65N/F70T) was identified by saturation mutagenesis and iterative saturation mutagenesis, which exhibited a 160-fold improvement in the catalytic efficiency relative to that of wild-type enzyme and enhanced Cβ-stereoselectivity (97.3% de) toward 4-methylsulfonylbenzaldehyde. This mutant also exhibited excellent catalytic performance toward various substituted aromatic aldehydes, particularly para-substituted substrates, with good to excellent de values (92%–97.3%). Gram-scale preparation of l-threo-4-methylsulfonylphenylserine and l-threo-4-nitrophenylserine was performed with a high space-time yield (20 g L–1 h–1 and 23 g L–1 h–1), representing the highest levels reported to date. This work offers valuable guidance for further engineering of LTTA for the industrial production of β-hydroxy-α-amino acids.
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